CN115466927B - 薄膜沉积装置及薄膜沉积方法 - Google Patents

Abstract

公开一种薄膜沉积装置及薄膜沉积方法，该薄膜沉积装置包括：具有真空腔的反应容器，所述反应容器内设有能将基片保持于保持面的支架；设置在所述真空腔用于对所述基片进行蒸发镀膜的蒸发镀膜机构，所述蒸发镀膜机构朝向所述保持面设置；设置在所述真空腔用于对所述基片进行溅射镀膜的溅射镀膜机构，所述溅射镀膜机构朝向所述保持面设置；其中，所述蒸发镀膜机构和所述溅射镀膜机构位于所述支架的同一侧；所述溅射镀膜机构与所述支架之间的最小距离小于20cm且大于5cm。本说明书所提供的薄膜沉积装置及薄膜沉积方法，能将蒸发镀和溅射镀相结合，在达到最大生产效率的同时满足一些特殊膜层的沉积要求。

Description

薄膜沉积装置及薄膜沉积方法

技术领域

本说明书涉及薄膜制备技术领域，尤其涉及一种薄膜沉积装置及薄膜沉积方法。

背景技术

在光学和半导体领域，很多器件需要进行镀膜工艺，目前广泛使用的镀膜方式为真空蒸镀和溅射镀。

真空蒸镀的沉积速率高，然而真空蒸镀的沉积粒子能量低，且无法完成一些特定膜层的蒸镀。真空蒸镀而成的薄膜微观结构为典型的柱状体加空隙结构，薄膜致密性不足，即便采用离子束辅助沉积镀膜(Ion Beam Assisted Deposition，IAD)的技术也无法达到足够的致密性。一些特定膜层例如类金刚石(DIAMOND-LIKE CARBON，DLC)膜、氮化物薄膜等无法由真空蒸镀而成。

溅射镀所获得的薄膜与基片结合较好，溅射原子能量比蒸发原子能量高1-2个数量级，因而薄膜与基片的的附着力强，薄膜聚集密度接近于1；且溅射镀能够完成一些蒸镀无法完成的膜层，例如类金刚石膜层，溅射镀易于形成各种氮化物薄膜，如Si₃N₄、AlN、GaN等。然而溅射镀的沉积速率低。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本说明书的一个目的是提供一种薄膜沉积装置及薄膜沉积方法，能将蒸发镀和溅射镀相结合，在达到最大生产效率的同时满足一些特殊膜层的沉积要求。

为达到上述目的，本说明书实施方式提供一种薄膜沉积装置，包括：

具有真空腔的反应容器，所述反应容器内设有能将基片保持于保持面的支架；

设置在所述真空腔用于对所述基片进行蒸发镀膜的蒸发镀膜机构，所述蒸发镀膜机构朝向所述保持面设置；

设置在所述真空腔用于对所述基片进行溅射镀膜的溅射镀膜机构，所述溅射镀膜机构朝向所述保持面设置；其中，所述蒸发镀膜机构和所述溅射镀膜机构位于所述支架的同一侧；所述溅射镀膜机构与所述支架之间的最小距离小于20cm且大于5cm。

作为一种优选的实施方式，所述支架围绕一竖直旋转轴线旋转；所述溅射镀膜机构包括设置在所述真空腔的与所述真空腔的侧壁相连的溅射阴极、以及安装于所述溅射阴极上的靶材；所述靶材具有面对所述保持面的靶材表面，存在一经过所述旋转轴线的纵截面，所述靶材表面在该纵截面的轮廓线与所述保持面在该纵截面上的轮廓线相平行，所述靶材表面的轮廓线与所述保持面的轮廓线之间的距离为10cm～15cm；进一步地，该纵截面经过所述靶材表面的周向中间位置。

作为一种优选的实施方式，所述蒸发镀膜机构和所述溅射镀膜机构的所在区域被配置为相同真空度；所述蒸发镀膜机构和所述溅射镀膜机构被配置为错开启动。

作为一种优选的实施方式，所述反应容器还配设有连通所述真空腔的真空泵以及控制器；所述控制器被配置为通过控制所述真空泵使所述蒸发镀膜机构和所述溅射镀膜机构在不同时刻处于不同真空度的真空腔中。

作为一种优选的实施方式，所述蒸发镀膜机构与所述支架的距离大于所述溅射镀膜机构与所述支架的距离的2倍。

作为一种优选的实施方式，所述保持面为从上向下内面积逐渐增大的锥面；所述锥面的横截面为圆形或多边形；所述靶材表面与其邻近的所述反应容器的侧壁的夹角为锐角。

作为一种优选的实施方式，所述蒸发镀膜机构的照射区域和所述溅射镀膜机构的照射区域至少部分相错开；所述蒸发镀膜机构位于所述溅射镀膜机构的照射区域外，所述溅射镀膜机构位于所述蒸发镀膜机构的照射区域外；

具体的，所述支架围绕一竖直旋转轴线旋转；以所述旋转轴线为中心线，所述蒸发镀膜机构的照射区域覆盖所述保持面在第一纵半截面上的轮廓，所述溅射镀膜机构的照射区域覆盖所述保持面在第二纵半截面上的轮廓；所述第一纵半截面和所述第二纵半截面之间的夹角大于20度且小于等于180度。

作为一种优选的实施方式，所述蒸发镀膜机构包括蒸发源和离子源，所述蒸发源和所述离子源设置在所述真空腔的底部，所述蒸发源的出口和所述离子源的出口朝向所述保持面设置；所述支架围绕一竖直旋转轴线旋转；所述离子源相对于所述蒸发源靠近所述旋转轴线，进一步地，所述离子源位于所述蒸发源靠近所述溅射镀膜机构的一侧。

作为一种优选的实施方式，所述离子源的朝向和所述靶材的朝向相对于所述旋转轴线倾斜。

作为一种优选的实施方式，所述溅射镀膜机构具有装配状态和可旋转状态；所述溅射镀膜机构处于所述装配状态时，所述靶材表面与所述保持面平行，形成密闭的真空腔；所述溅射镀膜机构处于所述可旋转状态时，所述溅射镀膜机构可通过旋转使所述靶材表面能远离所述保持面并在所述反应容器的侧壁上形成一开口。

作为一种优选的实施方式，所述溅射镀膜机构装配于一用于封堵所述开口的封堵板；所述封堵板的顶部与所述反应容器铰接于所述反应容器的侧壁外；所述溅射镀膜机构的旋转轴垂直于所述支架的旋转轴线。

作为一种优选的实施方式，所述薄膜沉积装置还包括具有锁紧位置和打开位置的锁紧机构；所述锁紧机构位于所述反应容器的侧壁外和所述封堵板背离所述溅射阴极的一侧；

所述锁紧机构位于所述锁紧位置时将所述封堵板位置锁定，所述溅射镀膜机构承载于所述封堵板上，处于与所述反应容器相对固定的装配状态；所述锁紧机构位于所述打开位置时释放所述封堵板，所述溅射镀膜机构承载于所述封堵板上，处于能相对于所述反应容器旋转的可旋转状态。

作为一种优选的实施方式，所述封堵板和所述溅射阴极之间固定连接有连接架；所述连接架具有用于安装所述溅射阴极并与所述靶材表面平行的安装端面。

作为一种优选的实施方式，所述溅射镀膜机构还包括：

阴极气体导入端子和阴极气体导入管，所述阴极气体导入端子穿设于所述封堵板，所述阴极气体导入管的一端与所述阴极气体导入端子相连，另一端与所述溅射阴极相连；

和/或；

阴极电流导入端子和阴极电流导入电缆，所述阴极电流导入端子穿设于所述封堵板，所述阴极电流导入电缆的一端与所述阴极电流导入端子相连，另一端与所述溅射阴极相连。

作为一种优选的实施方式，所述溅射镀膜机构还包括冷却组件，所述冷却组件包括冷却剂导入管、冷却剂导出管、冷却剂导入端子和冷却剂导出端子；所述冷却剂导入端子和所述冷却剂导出端子穿设于所述封堵板；所述冷却剂导入管的一端与所述冷却剂导入端子相连，另一端与所述溅射阴极相连；所述冷却剂导出管的一端与所述冷却剂导出端子相连，另一端与所述溅射阴极相连；所述冷却剂导入管和所述冷却剂导出管分别连接于所述溅射阴极相对的两端。

本实施方式提供一种使用如上任一实施方式所述的薄膜沉积装置的薄膜沉积方法，包括：

将所述基片放置于所述支架的所述保持面，在所述支架电位为零的状态下使所述支架旋转；

交替执行蒸发镀膜和溅射镀膜，或者，先后执行蒸发镀膜和溅射镀膜。

作为一种优选的实施方式，所述交替执行蒸发镀膜和溅射镀膜的步骤包括：

同时启动所述蒸发镀膜机构和所述溅射镀膜机构；其中，所述基片通过旋转交替通过蒸发镀膜区域和溅射镀膜区域。

作为一种优选的实施方式，所述先后执行蒸发镀膜和溅射镀膜的步骤包括：

当所述真空腔的真空度为第一预定值时启动所述蒸发镀膜机构，对所述基片进行蒸镀膜层的沉积，所述蒸发镀膜机构在启动状态下，所述溅射镀膜机构为关闭状态；

当所述真空腔的真空度为与第一预定值不同的第二预定值时启动所述溅射镀膜机构，对所述基片进行溅射膜层的沉积；所述溅射镀膜机构在启动状态下，所述蒸发镀膜机构为关闭状态。

作为一种优选的实施方式，所述先后执行蒸发镀膜和溅射镀膜的步骤包括：蒸发镀膜先于溅射镀膜执行，或者，溅射镀膜先于蒸发镀膜执行。

有益效果：

本实施方式所提供的薄膜沉积装置，通过在反应容器的真空腔内设置能将基片保持于保持面的支架、朝向保持面设置的蒸发镀膜机构和朝向保持面设置的溅射镀膜机构，且蒸发镀膜机构和溅射镀膜机构位于支架的同一侧，溅射镀膜机构与支架之间的最小距离小于20cm且大于5cm，从而蒸发镀膜机构能对基片进行蒸发镀膜，溅射镀膜机构能对基片进行溅射镀膜。本薄膜沉积装置将两种镀膜方式进行有机的结合，在充分发挥两种镀膜方式优点的同时，克服两种镀膜方式的缺点，从而在达到最大生产效率的同时满足一些特殊膜层的沉积要求。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施方式中所提供的一种薄膜沉积装置的结构示意图；

图2为图1中A-A面的剖面图；

图3为本实施方式中所提供的一种支架的结构示意图；

图4为图3的仰视图；

图5为本实施方式中所提供的一种薄膜沉积装置的立体结构示意图；

图6为本实施方式中所提供的一种薄膜沉积装置在溅射镀膜机构处于装配状态时的第一视角的结构示意图；

图7为本实施方式中所提供的一种薄膜沉积装置在溅射镀膜机构处于可旋转状态时的第一视角的结构示意图；

图8为本实施方式中所提供的一种薄膜沉积装置在溅射镀膜机构处于装配状态时的第二视角的结构示意图；

图9为本实施方式中所提供的一种薄膜沉积装置在溅射镀膜机构处于可旋转状态时的第二视角的结构示意图；

图10为本实施方式中所提供的一种薄膜沉积装置的剖视图；

图11为本实施方式中所提供的一种薄膜沉积装置的正视图；

图12为图11中I部分的局部放大图；

图13为本实施方式中所提供的一种薄膜沉积方法的步骤流程图；

图14为本实施方式中所提供的另一种薄膜沉积方法的步骤流程图。

附图标记说明：

1、反应容器；11、真空腔；12、侧壁；13、开口；

2、支架；21、保持面；22、旋转轴线；23、夹持孔；24、蒸发镀膜区域；25、溅射镀膜区域；

3、蒸发镀膜机构；31、蒸发源；32、离子源；

4、溅射镀膜机构；41、溅射阴极；42、靶材；421、靶材表面；43、连接架；431、安装端面；441、阴极气体导入端子；442、阴极气体导入管；451、阴极电流导入端子；452、阴极电流导入电缆；461、第一法兰；462、第二法兰；471、第一护板；472、第二护板；481、冷却剂导入管；482、冷却剂导出管；483、冷却剂导入端子；484、冷却剂导出端子；491、第一密封条；492、第二密封条；493、第三密封条；494、静电屏蔽条；401、旋转轴；

5、封堵板；51、把手；61、锁紧机构；62、铰接机构；7、旋转机构；8、控制机构；9、基片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”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另一个元件。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另一个元件。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“和/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。

请参阅图1至图12。本申请实施方式提供一种薄膜沉积装置，包括反应容器1、蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4。

其中，反应容器1具有真空腔11。反应容器1内设有能将基片9保持于保持面21的支架2。蒸发镀膜机构3设置在真空腔11，用于对基片9进行蒸发镀膜。蒸发镀膜机构3朝向保持面21设置。溅射镀膜机构4设置在真空腔11，用于对基片9进行溅射镀膜。溅射镀膜机构4朝向保持面21设置。蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4位于支架2的同一侧，即蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4在基片9的同一侧实现镀膜。溅射镀膜机构4与支架2之间的最小距离小于20cm且大于5cm，以保证溅射镀膜机构4能有效对基片9进行溅射镀膜。

本实施方式所提供的薄膜沉积装置，通过在反应容器1的真空腔11内设置能将基片9保持于保持面21的支架2、朝向保持面21设置的蒸发镀膜机构3和朝向保持面21设置的溅射镀膜机构4，且蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4位于支架2的同一侧，溅射镀膜机构4与支架2之间的最小距离小于20cm且大于5cm，从而蒸发镀膜机构3能对基片9进行蒸发镀膜，溅射镀膜机构4能对基片9进行溅射镀膜。本薄膜沉积装置将两种镀膜方式进行有机的结合，在充分发挥两种镀膜方式优点的同时，克服两种镀膜方式的缺点，从而在达到最大生产效率的同时满足一些特殊膜层的沉积要求。

在本实施方式中，蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4可以位于支架2的下侧。支架2上方连接有用于驱动支架2围绕一竖直旋转轴线22旋转的旋转机构7。部分旋转机构7位于反应容器1外且位于反应容器1的顶部，部分旋转机构7伸入真空腔11且与支架2相连。旋转机构7可以包括电机。优选的，支架2的旋转轴线22经过支架2的中心，支架2可以由一段线绕旋转轴线22旋转360°形成。

如图1所示，溅射镀膜机构4包括设置在真空腔11的与真空腔11的侧壁12相连的溅射阴极41、以及安装于溅射阴极41上的靶材42。溅射镀膜机构4整体全部置于真空腔11内。靶材42具有面对保持面21的靶材表面421。存在一经过旋转轴线22的纵截面，靶材表面421在该纵截面的轮廓线与保持面21在该纵截面上的轮廓线相平行。该纵截面即为平行于竖直方向且经过旋转轴线22的截面。

优选的，如图1所示，靶材表面421的轮廓线与保持面21的轮廓线之间的距离H为10cm～15cm，从而在整个靶材表面421的长度范围内，保证溅射镀膜的速率均匀。进一步地，该纵截面经过靶材表面421的周向中间位置，即，靶材表面421上至少有一条经过靶材表面421中心的线段与支架2的保持面21上的一条线段平行。如图12所示，靶材表面421与其邻近的反应容器1的侧壁12的夹角α的大小等于支架2表面与该侧壁12的夹角β的大小。

可选地，溅射阴极41可以为直流阴极、中频阴极或者射频阴极。优选的，溅射阴极41采用磁控孪生阴极。具体的，溅射阴极41接直流电源或交流电源，支架2接地，溅射阴极41和支架2分别作为阴极和阳极，阴阳极之间通入惰性气体(通常为Ar)，利用气体辉光放电产生带点粒子，带点粒子经电磁场加速后轰击靶材表面421，实现靶材原子的逸出，逸出的靶材原子沉积在基片9的表面形成膜层。

在本实施方式中，蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4的所在区域被配置为相同真空度，也即真空腔11内并未设置将蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4分隔开的隔板或其他分隔结构，蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4设置在同一真空系统内。在同一时刻，蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4所处的真空腔11的真空度相同。

具体的，蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4的所在区域(即真空腔11的不同位置)被同一真空泵调控真空度，便于控制真空腔11内的真空度，保证蒸发镀膜和溅射镀膜的有效进行。

优选的，蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4被配置为错开启动，即先启动蒸发镀膜机构3进行蒸发镀膜，后启动溅射镀膜机构4进行溅射镀膜；或先启动溅射镀膜机构4进行溅射镀膜，后启动蒸发镀膜机构3进行蒸发镀膜。反应容器1还可以配设有连通真空腔11的真空泵以及控制器(图未示)。控制器被配置为通过控制真空泵使蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4在不同时刻处于不同真空度的真空腔11中，以保证进行蒸发镀膜的真空腔11的真空度与进行溅射镀膜的真空腔11的真空度不同。

在本实施方式中，为了使蒸发镀膜更均匀，使蒸发镀膜机构3与支架2的距离大于溅射镀膜机构4与支架2的距离的2倍。如图1所示，溅射镀膜机构4的位置高于蒸发镀膜机构3的位置，蒸发镀膜机构3设置于真空腔11的底部，溅射镀膜机构4设置于真空腔11的侧壁12。

如图3和图4所示，在本实施方式中，保持面21为从上向下内面积逐渐增大的锥面，该锥面的横截面为圆形或多边形。优选的，从上向下该锥面的内面积线性增大，从而该锥面的纵截面如图1所示为倾斜的线段。在该纵截面内，靶材表面421与保持面21平行，靶材表面421与其邻近的反应容器1的侧壁12的夹角α为锐角。如图1和图3所示，支架2可以大致为伞状。

如图2至图4所示，该支架2设有多个用于夹持固定基片9的夹持孔23，夹持孔23的形状和基片9的形状相匹配且使基片9的镀膜表面露出。基片9的镀膜表面为图1中基片9的下表面。夹持孔23的形状可以为圆形，也可以为其他形状。具体的，夹持孔23根据基片9的大小形状开具。本实施方式中的真空腔11为长方体结构，在其他实施例中，真空腔11可以为其他形状，例如圆柱形、多边柱形等。

如图1和图2所示，蒸发镀膜机构3的照射区域和溅射镀膜机构4的照射区域至少部分相错开，蒸发镀膜机构3位于溅射镀膜机构4的照射区域外，溅射镀膜机构4位于蒸发镀膜机构3的照射区域外，以保证蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4互不遮挡，能各自实现镀膜。

具体的，以支架2的旋转轴线22为中心线，蒸发镀膜机构3的照射区域覆盖保持面21在第一纵半截面上的轮廓，溅射镀膜机构4的照射区域覆盖保持面21在第二纵半截面上的轮廓。第一纵半截面和第二纵半截面均为在平行于竖直方向且经过旋转轴线22的截面的一半，且以旋转轴线22为一条边。其中，第一纵半截面和第二纵半截面之间的夹角大于20度且小于等于180度。如图1所示，第一纵半截面为纵截面的左半截面，第二纵半截面为纵截面的右半截面，第一纵半截面和第二纵半截面之间的夹角为180度。

如图2所示，支架2的保持面21上包括蒸发镀膜区域24和溅射镀膜区域25。其中溅射镀膜区域25即为溅射镀膜机构4的靶材表面421所面对的区域，蒸发镀膜区域24可以为保持面21上除溅射镀膜区域25以外的其他区域，使镀膜的效率最大化。

在本实施方式中，蒸发镀膜机构3包括蒸发源31和离子源32。蒸发源31和离子源32设置在真空腔11的底部，蒸发源31的出口和离子源32的出口朝向保持面21设置。离子源32相对于蒸发源31靠近支架2的旋转轴线22。进一步地，离子源32位于蒸发源31靠近溅射镀膜机构4的一侧。

具体的，蒸发源31可以为带有旋转坩埚系统的电子枪或者采用电阻蒸发的钼舟。离子源32可以为射频耦合离子源32或者其他形式的离子源32。蒸镀的药品放置于蒸发源31上，在蒸发源31上实现蒸发或升华。药品蒸发或升华产生的蒸汽最后沉积在基片9表面。离子源32的主要作用在于其产生的等离子体在成膜过程中对基体进行轰击和清洗，能改善膜层的机构，起离子辅助蒸镀的作用。

如图1所示，离子源32的朝向和靶材42的朝向相对于旋转轴线22倾斜，且离子源32和靶材42的朝向在水平面的分量方向相反。蒸发源31的朝向可以为竖直向上，离子源32的朝向可以为向左上方倾斜，靶材42的朝向可以为向右上方倾斜。

如图1所示，该薄膜沉积装置还可以包括设置在反应容器1外的控制机构8，该控制机构8可以控制蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4的启停，可以控制支架2的旋转。上述控制真空泵的控制器也可以集成在该控制机构8内。

如图5至图9所示，溅射镀膜机构4具有装配状态和可旋转状态。溅射镀膜机构4处于装配状态时，靶材表面421与保持面21平行，形成密闭的真空腔11，以保证真空腔11作业时的真空状态。溅射镀膜机构4处于可旋转状态时，溅射镀膜机构4可通过旋转使靶材表面421能远离保持面21并在反应容器1的侧壁12上形成一开口13。溅射镀膜机构4具有可旋转状态，可以使支架2、溅射镀膜机构4等工作部件灵活方便地被调整、拆卸、安装，使蒸发镀膜和溅射镀膜更有机地相结合。

如图5和图7所示，溅射镀膜机构4装配于一用于封堵开口13的封堵板5，封堵板5的顶部与反应容器1铰接于反应容器1的侧壁12外，使溅射镀膜机构4的位置调整更加灵活方便。如图10所示，溅射镀膜机构4的旋转轴401垂直于支架2的旋转轴线22。在本实施方式中，支架2的旋转轴线22沿竖直方向延伸，溅射镀膜机构4的旋转轴401沿前后方向延伸。优选地，溅射镀膜机构4绕旋转轴401转动的角度大于等于45°。

如图5所示，本实施例的薄膜沉积装置中，封堵板5和反应容器1通过铰接机构62相铰接。铰接机构62分别与封堵板5和反应容器1的侧壁12连接，以使封堵板5和反应容器1可转动地连接，封堵板5能带动溅射镀膜机构4相对于反应容器1旋转。

在封堵板5的带动下，至少部分溅射镀膜机构4可以移动到真空腔11之外，以使溅射镀膜机构4不会对真空腔11中各部件的更换产生阻挡，为真空腔11中各个工作部件的更换提供了空间。可选地，在反应容器1上与安装溅射镀膜机构4的侧壁12相邻的侧壁上开可以设有检修门，当支架2需要更换时，首先将溅射镀膜机构4旋转至真空腔11外，然后打开检修门，将安装在真空腔11的支架2取下并从检修门取出，最后将需要更换的支架2从检修门放置入并安装在真空腔11中。这种设置，不仅有利于真空腔11中的各个部件的更换，同时减少了溅射镀膜机构4设置在真空腔11中时受到的自身体积的约束，从而为溅射镀膜机构4的结构的设置提供了更多的可能性。

在本实施例的薄膜沉积装置中，封堵板5背离溅射镀膜机构4的一侧可以设有把手51，通过操作把手51可以带动封堵板5转动。优选地，把手51设置在封堵板5上远离铰接机构62的一端，这样，提拉把手51时，便可使封堵板5绕旋转轴401转动，从而转动溅射镀膜机构4，为真空腔11中的各个部件的更换提供避让。

作为一种自动化的替代方案，本实施例中，封堵板5的转动也可以采用电机来实现，将旋转轴401通过减速机构与电机轴连接，通过电机的扭矩实现封堵板5的自动开合。

如图5所示，薄膜沉积装置还可以包括具有锁紧位置和打开位置的锁紧机构61。锁紧机构61位于反应容器1的侧壁12外和封堵板5背离溅射阴极41的一侧。

锁紧机构61位于锁紧位置时将封堵板5位置锁定，溅射镀膜机构4承载于封堵板5上，处于与反应容器1相对固定的装配状态。锁紧机构61位于打开位置时释放封堵板5，溅射镀膜机构4承载于封堵板5上，处于能相对于反应容器1旋转的可旋转状态。

本实施例的薄膜沉积装置中，如图5和图7所示，锁紧机构61可以有多个，多个锁紧机构61沿前后方向相间隔地设置，以使锁紧机构61的固定更为牢靠。锁紧机构61可以包括卡槽和可移动的卡块。卡槽和卡块的其中之一可以设置于封堵板5上，另一设置于反应容器1的侧壁12外。当溅射镀膜机构4位于装配状态时，卡块可以卡入卡槽，从而锁紧机构61处于锁紧位置，使溅射镀膜机构4保持装配状态；当卡块移出卡槽时，锁紧机构61处于打开位置，此时溅射镀膜机构4位于可旋转状态。

如图5和图9所示，封堵板5和溅射阴极41之间可以固定连接有连接架43。连接架43具有用于安装溅射阴极41并与靶材表面421平行的安装端面431。连接架43的一端固定安装于封堵板5面对真空腔11的一侧(即左侧)。这样，在进行薄膜沉积作业时，可以通过调整连接架43的形状以及安装端面431的倾斜角度从而调整溅射靶材42与支架2上的基片9的相对位置，从而获取最佳的溅射角度和溅射距离。同时，在反应容器1的外部操作封堵板5使之绕旋转轴401旋转时，也可带动安装端面431向真空腔11的外部移动，以更换溅射靶材42、支架2及其他工作部件。

如图7、图8和图10所示，溅射镀膜机构4还可以包括阴极气体导入端子441和阴极气体导入管442。溅射阴极41上设置有阴极气体通道，阴极气体通道的作用是向溅射阴极41中通入溅射所需的气体。阴极气体导入端子441穿设于封堵板5，阴极气体导入管442的一端与阴极气体导入端子441相连，另一端与溅射阴极41的阴极气体通道相连。溅射镀膜机构4还可以包括阴极电流导入端子451和阴极电流导入电缆452。阴极电流导入端子451穿设于封堵板5，阴极电流导入电缆452的一端与阴极电流导入端子451相连，另一端与溅射阴极41相连，以向溅射阴极41中通入溅射所需的电流。

具体的，如图7和图10所示，溅射镀膜机构4还包括第一法兰461，第一法兰461可拆卸地安装在封堵板5上。第一法兰461上设置有用于与阴极气体导入管442连通的阴极气体导入端子441和与阴极电流导入电缆452连接的阴极电流导入端子451。外部电流通过阴极电流导入端子451通入阴极电流导入电缆452中以对溅射阴极41提供电流。阴极气体通过阴极气体导入端子441进入阴极气体导入管442以对溅射阴极41提供溅射气体。

如图10所示，溅射镀膜机构4还可以包括冷却组件，冷却组件包括冷却剂导入管481、冷却剂导出管482、冷却剂导入端子483和冷却剂导出端子484。冷却剂导入端子483和冷却剂导出端子484穿设于封堵板5。冷却剂导入管481的一端与冷却剂导入端子483相连，另一端与溅射阴极41相连。冷却剂导出管482的一端与冷却剂导出端子484相连，另一端与溅射阴极41相连。溅射阴极41上设置有冷却通道，用于对运行中的溅射镀膜机构4进行冷却。冷却剂导入管481和冷却剂导出管482分别连通于溅射阴极41的冷却通道的相对的两端。冷却液经过冷却剂导入管481流进冷却通道，吸热后再经冷却剂导出管482流出，从而达到冷却目的。

具体的，如图5、图7和图10所示，溅射镀膜机构4还包括第二法兰462，第二法兰462可拆卸地安装在封堵板5上。第二法兰462上设置有用于与冷却剂导入管481连通的冷却剂导入端子483和用于与冷却剂导出管482连通的冷却剂导出端子484。冷却剂从反应容器1的外部通入冷却剂导入端子483，而后经冷却剂导入管481通入冷却通道，再经冷却剂导出管482从冷却剂导出端子484排出，完成冷却作用。

可选地，如图5所示，在连接架43的外侧还设有第一护板471，第一护板471可以保护溅射镀膜机构4，具体的可以保护位于第一护板471内的阴极气体导入管442、阴极电流导入电缆452、冷却剂导入管481和冷却剂导出管482。

进一步地，薄膜沉积装置在工作时，真空腔11的内部需要达到真空状态，所以在真空泵工作时，真空腔11需满足密封要求。如图10所示，溅射镀膜机构4还包括夹设在封堵板5和反应容器1之间的第一密封条491，以满足真空腔11的密封要求。第一密封条491与铰接机构62在封堵板5的两侧相对设置，即第一密封条491位于封堵板5面对真空腔11的一侧且位于封堵板5的上部。优选地，溅射镀膜机构4还包括夹设在封堵板5和反应容器1之间的静电屏蔽条494。静电屏蔽条494由导体材料制成，静电屏蔽条494的一端与反应容器1连接，另一端接地，以对薄膜沉积装置进行静电屏蔽。静电屏蔽条494可以与第一密封条491相邻设置。

如图10所示，溅射镀膜机构4还可以包括夹设在封堵板5和第一法兰461之间的第二密封条492，以保证封堵板5与第一法兰461之间密封连接。可选地，如图5所示，在第一法兰461的外侧还盖设有第二护板472。第二护板472可以保护电路和气路，以免阴极气体导入管442中进入杂质。溅射镀膜机构4还可以包括夹设在封堵板5和第二法兰462之间的第三密封条493，以保证封堵板5与第二法兰462之间密封连接。第一密封条491、第二密封条492和第三密封条493均可以作为真空密封条。

本实施方式提供的薄膜沉积装置具有以下优点：

1、可以提高镀膜质量和镀膜速度。实际运用中，可以利用蒸发镀膜机构3实现膜层的快速沉积，利用溅射镀膜机构4的溅射粒子能量高的特点，在溅射镀的同时对蒸镀的膜层进行夯实，使蒸镀的膜层聚集密度增加、将蒸镀表面吸附较弱的沉积粒子溅射掉、将蒸镀的膜层膜内空隙通过轰击坍塌而被填充；

2、可以实现一些特殊膜系的沉积。蒸镀无法实现的DLC膜层等可以利用溅射镀膜机构4沉积，对于其它膜层则可以利用蒸发镀膜机构3沉积。

基于同一构思，本申请实施方式还提供一种薄膜沉积方法，如下面的实施例所述。该薄膜沉积方法使用如上任一实施方式所述的薄膜沉积装置。该薄膜沉积方法包括以下步骤：

步骤S10：将基片9放置于支架2的保持面21，在支架2电位为零的状态下使支架2旋转。其中，可以将支架2与大地端连接，使支架2的点位为零。

步骤S20：交替执行蒸发镀膜和溅射镀膜，或者，先后执行蒸发镀膜和溅射镀膜。

需要说明的是，在本实施方式中，该方法实施方式与装置实施方式相对应，其能够解决装置实施方式所解决的技术问题，相应的达到装置实施方式的技术效果，具体的本申请在此不再赘述。

在本实施方式中，步骤S20中的交替执行蒸发镀膜和溅射镀膜的步骤包括：同时启动蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4。其中，基片9通过旋转交替通过蒸发镀膜区域24和溅射镀膜区域25。

在本实施方式中，步骤S20中的先后执行蒸发镀膜和溅射镀膜的步骤包括：蒸发镀膜先于溅射镀膜执行，或者，溅射镀膜先于蒸发镀膜执行。蒸发镀膜机构3和溅射镀膜机构4其中之一在启动状态下，另一则为关闭状态。

具体的，当真空腔11的真空度为第一预定值时启动蒸发镀膜机构3，对基片9进行蒸镀膜层的沉积，蒸发镀膜机构3在启动状态下，溅射镀膜机构4为关闭状态；当真空腔11的真空度为与第一预定值不同的第二预定值时启动溅射镀膜机构4，对基片9进行溅射膜层的沉积，溅射镀膜机构4在启动状态下，蒸发镀膜机构3为关闭状态。

在一种实施方式中，先执行蒸发镀膜后执行溅射镀膜。如图13所示，先进行真空排气，当真空腔11的真空度为第一预定值时，使支架2旋转，向真空腔11内导入Ar、O₂，启动蒸发镀膜机构3，对基片9进行蒸镀膜层的沉积。当蒸镀的膜层和膜厚符合要求后，关闭蒸发镀膜机构3，蒸发镀膜完成。然后再次真空排气，当真空腔11的真空度为第二预定值时，导入Ar、O₂、H₂，启动溅射镀膜机构4，对基片9进行溅射膜层的沉积。当溅射的膜层和膜厚符合要求后，镀膜结束。

在另一种实施方式中，先执行溅射镀膜后执行蒸发镀膜。如图14所示，先进行真空排气，当真空腔11的真空度为第二预定值时，使支架2旋转，向真空腔11内导入Ar、O₂、H₂，启动溅射镀膜机构4，对基片9进行溅射膜层的沉积。当溅射的膜层和膜厚符合要求后，关闭溅射镀膜机构4，溅射镀膜完成。然后再次真空排气，当真空腔11的真空度为第一预定值时，导入Ar、O₂，启动蒸发镀膜机构3，对基片9进行蒸镀膜层的沉积。当蒸发的膜层和膜厚符合要求后，镀膜结束。

在一种具体的应用场景中，例如，需要在SnS(硫化锡)基板上交替镀制ZnS(硫化锌)和Ge(锗)，在最外层镀制DLC类金刚石作为保护层，膜层结构如下：SnS/ZnS/Ge/ZnS/Ge/ZnS/Ge/ZnS/Ge/DLC。则镀膜方案为：采用蒸发镀膜的方式在SnS基板上交替镀制多层ZnS/Ge，蒸镀结束以后装置进行排气抽真空，压力达到溅射镀膜要求以后采用溅射镀膜的方式利用C(碳)靶在蒸镀膜层表面形成DLC膜。

需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本说明书的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文引用的任何数值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (15)

1.一种薄膜沉积装置，包括：

具有真空腔的反应容器，所述反应容器内设有能将基片保持于保持面的支架；所述支架围绕一竖直旋转轴线旋转；所述保持面为从上向下内面积线性增大的锥面；

设置在所述真空腔用于对所述基片进行蒸发镀膜的蒸发镀膜机构，所述蒸发镀膜机构朝向所述保持面设置；所述蒸发镀膜机构包括蒸发源和离子源，所述蒸发源和所述离子源设置在所述真空腔的底部，所述蒸发源的出口和所述离子源的出口朝向所述保持面设置；所述离子源相对于所述蒸发源靠近所述旋转轴线；

设置在所述真空腔用于对所述基片进行溅射镀膜的溅射镀膜机构，所述溅射镀膜机构朝向所述保持面设置；所述离子源位于所述蒸发源靠近所述溅射镀膜机构的一侧；所述溅射镀膜机构包括设置在所述真空腔的与所述真空腔的侧壁相连的溅射阴极、以及安装于所述溅射阴极上的靶材，所述靶材具有面对所述保持面的靶材表面；所述离子源的朝向和所述靶材的朝向相对于所述旋转轴线倾斜；所述靶材表面与其邻近的所述反应容器的侧壁的夹角为锐角；其中，所述蒸发镀膜机构和所述溅射镀膜机构位于所述支架的同一侧；所述溅射镀膜机构与所述支架之间的最小距离小于20cm且大于5cm；

所述蒸发镀膜机构的照射区域和所述溅射镀膜机构的照射区域至少部分相错开；所述蒸发镀膜机构位于所述溅射镀膜机构的照射区域外，所述溅射镀膜机构位于所述蒸发镀膜机构的照射区域外；以所述旋转轴线为中心线，所述蒸发镀膜机构的照射区域覆盖所述保持面在第一纵半截面上的轮廓，所述溅射镀膜机构的照射区域覆盖所述保持面在第二纵半截面上的轮廓；所述第一纵半截面和所述第二纵半截面均为在平行于竖直方向且经过所述旋转轴线的截面的一半，且以所述旋转轴线为一条边；所述第一纵半截面和所述第二纵半截面之间的夹角大于20度且小于等于180度；

所述溅射镀膜机构具有装配状态和可旋转状态；所述溅射镀膜机构处于所述装配状态时，所述靶材表面与所述保持面平行，形成密闭的真空腔；所述溅射镀膜机构处于所述可旋转状态时，所述溅射镀膜机构可通过旋转使所述靶材表面能远离所述保持面并在所述反应容器的侧壁上形成一开口。

2.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，存在一经过所述旋转轴线的纵截面，所述靶材表面在该纵截面的轮廓线与所述保持面在该纵截面上的轮廓线相平行，所述靶材表面的轮廓线与所述保持面的轮廓线之间的距离为10cm~15cm。

3.根据权利要求2所述的薄膜沉积装置，该纵截面经过所述靶材表面的周向中间位置。

4.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，所述蒸发镀膜机构和所述溅射镀膜机构的所在区域被配置为相同真空度；所述蒸发镀膜机构和所述溅射镀膜机构被配置为错开启动。

5.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，所述反应容器还配设有连通所述真空腔的真空泵以及控制器；所述控制器被配置为通过控制所述真空泵使所述蒸发镀膜机构和所述溅射镀膜机构在不同时刻处于不同真空度的真空腔中。

6.根据权利要求1-4任一所述的薄膜沉积装置，所述蒸发镀膜机构与所述支架的距离大于所述溅射镀膜机构与所述支架的距离的2倍。

7.根据权利要求2所述的薄膜沉积装置，所述锥面的横截面为圆形或多边形。

8.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，所述溅射镀膜机构装配于一用于封堵所述开口的封堵板；所述封堵板的顶部与所述反应容器铰接于所述反应容器的侧壁外；所述溅射镀膜机构的旋转轴垂直于所述支架的旋转轴线。

9.根据权利要求8所述的薄膜沉积装置，所述薄膜沉积装置还包括具有锁紧位置和打开位置的锁紧机构；所述锁紧机构位于所述反应容器的侧壁外和所述封堵板背离所述溅射阴极的一侧；

所述锁紧机构位于所述锁紧位置时将所述封堵板位置锁定，所述溅射镀膜机构承载于所述封堵板上，处于与所述反应容器相对固定的装配状态；所述锁紧机构位于所述打开位置时释放所述封堵板，所述溅射镀膜机构承载于所述封堵板上，处于能相对于所述反应容器旋转的可旋转状态。

10.根据权利要求8所述的薄膜沉积装置，所述封堵板和所述溅射阴极之间固定连接有连接架；所述连接架具有用于安装所述溅射阴极并与所述靶材表面平行的安装端面。

11.根据权利要求8所述的薄膜沉积装置，所述溅射镀膜机构还包括：

阴极气体导入端子和阴极气体导入管，所述阴极气体导入端子穿设于所述封堵板，所述阴极气体导入管的一端与所述阴极气体导入端子相连，另一端与所述溅射阴极相连；

和/或；

阴极电流导入端子和阴极电流导入电缆，所述阴极电流导入端子穿设于所述封堵板，所述阴极电流导入电缆的一端与所述阴极电流导入端子相连，另一端与所述溅射阴极相连。

12.根据权利要求8所述的薄膜沉积装置，所述溅射镀膜机构还包括冷却组件，所述冷却组件包括冷却剂导入管、冷却剂导出管、冷却剂导入端子和冷却剂导出端子；所述冷却剂导入端子和所述冷却剂导出端子穿设于所述封堵板；所述冷却剂导入管的一端与所述冷却剂导入端子相连，另一端与所述溅射阴极相连；所述冷却剂导出管的一端与所述冷却剂导出端子相连，另一端与所述溅射阴极相连；所述冷却剂导入管和所述冷却剂导出管分别连接于所述溅射阴极相对的两端。

13.一种使用如权利要求1所述的薄膜沉积装置的薄膜沉积方法，包括：

将所述基片放置于所述支架的所述保持面，在所述支架电位为零的状态下使所述支架旋转；

交替执行蒸发镀膜和溅射镀膜，或者，先后执行蒸发镀膜和溅射镀膜；

所述先后执行蒸发镀膜和溅射镀膜的步骤包括：蒸发镀膜先于溅射镀膜执行，或者，溅射镀膜先于蒸发镀膜执行。

14.根据权利要求13所述的薄膜沉积方法，所述交替执行蒸发镀膜和溅射镀膜的步骤包括：

同时启动所述蒸发镀膜机构和所述溅射镀膜机构；其中，所述基片通过旋转交替通过蒸发镀膜区域和溅射镀膜区域。

15.根据权利要求13所述的薄膜沉积方法，所述先后执行蒸发镀膜和溅射镀膜的步骤包括：

当所述真空腔的真空度为第一预定值时启动所述蒸发镀膜机构，对所述基片进行蒸镀膜层的沉积，所述蒸发镀膜机构在启动状态下，所述溅射镀膜机构为关闭状态；

当所述真空腔的真空度为与第一预定值不同的第二预定值时启动所述溅射镀膜机构，对所述基片进行溅射膜层的沉积；所述溅射镀膜机构在启动状态下，所述蒸发镀膜机构为关闭状态。