CN1718849A - 多功能复合磁控等离子体溅射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于表面处理技术领域,具体的说是多功能复合磁控等离子体溅射装置,包括主真空腔体(1)、附真空腔体(2)、闸板阀(3)、磁力传输杆(4)、气体流量控制器(9)、主真空腔体进气管(10)、主真空腔体抽真空接口管(5)、主真空腔体抽真空闸板阀(6)、分子泵(7)、机械泵(8)、附真空腔体进气管(11)、附真空腔体抽真空接口管(12)、观察窗(13)。本发明与现有技术相比,采用了模块化设计思想及整体控制模式,除使薄膜沉积的质量得以改善外,也使薄膜沉积的整个过程缩短,同时制造成本大幅降低,大大提高生产效率。
Description
[技术领域]
本发明涉及真空等离子体沉积设备领域,具体地说是一种多功能复合磁控等离子体溅射装置。
[背景技术]
随着新材料的发展,真空技术已越来越多的应用于材料的制备和改性,并成为薄膜材料制备的主要手段。在真空环境下制备材料可保证材料的清洁和纯净,与低气压的等离子体技术相结合,可根据人们的设计和需要,通过工艺参数的调节,制备出各种功能的薄膜材料。在半导体基成电路和光电子器件的制造中,所用的薄膜材料主要有物理气相沉积PVD和化学气相沉积CVD来制备。而在PVD法中,与电子束蒸发法相比,因磁控等离子体溅射法具有良好的可控性,已逐渐发展为高性能薄膜沉积的主流方法。等离子体作为固、液、气三态物质外的第四态是由中性原子或原子团以及离子和电子组成,在给定的体积内整体呈准中性状态。低温等离子体技术已广泛应用于薄膜材料的制备和刻蚀。其中磁控溅射技术是以固体材料为原靶,在一定的气氛如氩等气体中通过加电场使靶材离化而沉积薄膜材料的,通过施加强磁场来增强等离子体密度而提高靶材的离化率,使薄膜沉积速率提高。在光电子、半导体、信息存储等器件制造中,需要多层薄膜的制备,每层材料需要一个真空腔体来沉积,整个系统一般需要多个真空腔体组合来实现所需的功能。这样使得系统的成本高昂,也使得薄膜材料的制备成本增大,从而限制了磁控溅射技术的应用。另外随着器件的发展,薄膜材料的制备要求也越来越精确,要求薄膜的均匀性、附着性和可控性要好,故在薄膜沉积时要保持衬底表面和薄膜表面清洁。这样要求沉积设备除要具有衬底旋转、加热功能外,同时还具有等离子体在线清洗功能,目前主要靠在衬底外加一离子源来实现。这样也使得设备成本大幅增加,且清洗时的均匀性并不理想。
[发明内容]
本发明的目的是为克服现有技术的不足,而设计的一种多功能复合磁控等离子体溅射装置。
为实现上述目的,设计一种多功能复合磁控等离子体溅射装置,包括主真空腔体(1)、附真空腔体(2)、闸板阀(3)、磁力传输杆(4)、气体流量控制器(9)、主真空腔体进气管(10)、主真空腔体抽真空接口管(5)、主真空腔体抽真空闸板阀(6)、分子泵(7)、机械泵(8)、附真空腔体进气管(11)、附真空腔体抽真空接口管(12)、观察窗(13);其特征在于:磁力传输杆(4)的一端连接附真空腔体(2)的一端,附真空腔体(2)的另一端连接闸板阀(3)的一端,闸板阀(3)的另一端连接主真空腔体(1)的一端,主真空腔体(1)的另一端连接观察窗(13),主真空腔体底部的主真空腔体进气管(10)连接气体流量控制器(9)的一端,气体流量控制器(9)的另一端连接附真空腔体底部的附真空腔体进气管(11),主真空腔体的底部连接主真空腔体抽真空接口管(5)的上端口,主真空腔体抽真空接口管(5)的下端口连接主真空腔体抽真空闸板阀(6)的一端,主真空腔体抽真空闸板阀(6)的另一端连接分子泵(7),分子泵(7)的前级连接机械泵(8),主真空腔体抽真空接口管(5)的一端连接附真空腔体抽真空接口管(12)的一端口,附真空腔体抽真空接口管(12)的另一端口连接附真空腔体的底部。所述的主真空腔体(1)内壁上部装有加热基体(16),加热基体(16)表面间距0.5-2mm处为基片架(20),基片架(20)底端与样品架(19)垂直连接,样品架(19)下两端分别安装样品(17)和样品(18),加热基体(16)两端间距0.5-2mm处分别安装屏蔽罩(14)和(15);主真空腔体(1)内底部两端分别安装磁控溅射阴极支架(22)和磁控溅射阴极支架(25),磁控溅射阴极支架(22)上端安装磁控溅射阴极(21),磁控溅射阴极旁安装挡板(23),磁控溅射阴极支架(25)上端安装磁控溅射阴极(24),磁控溅射阴极旁安装挡板(26),在磁控溅射阴极(21)和磁控溅射阴极(24)之间安装挡板(27)。所述的附真空腔体(2)内上下壁分别连接等离子发生电极(27)的两极,样品基架(28)安装在等离子发生电极的一极上。所述的主真空腔体的磁控溅射阴极以及基片架(20)内部的与基片架绝缘的中心转轴均连接直流电源或射频电源。所述的主真空腔体的磁控溅射阴极上安装有所镀膜的靶材。所述的主真空腔体的磁控溅射阴极的数目可为1-12套,每套磁控溅射阴极旁安装一个挡板,磁控溅射阴极和档板可根据需要偏转相应的角度,数个磁控溅射阴极之间安装隔板。所述的主真空腔体的基片架与主真空腔体相互绝缘。所述的附真空腔体的等离子发生电极(27)与直流电源或射频电源连接。溅射模式可采用垂直溅射模式或共聚焦溅射模式。可用于导电靶材或非导电靶材的溅射。
本发明同现有技术相比,采用了模块化设计思想及整体控制模式,除使薄膜沉积的质量得以改善外,也使薄膜沉积的整个过程缩短,同时制造成本大幅降低,大大提高生产效率。
[附图说明]
图1是本发明实施例的垂直溅射模式结构连接框图。
图2是本发明实施例的共聚焦溅射模式时主真空腔体的结构框图。
指定图1为摘要附图。
参见图1,1为主真空腔体;2为附真空腔体;3为闸板阀;4为磁力传输杆;5为主真空腔体抽真空接口管;6为主真空腔体抽真空闸板阀;7为分子泵;8为机械泵;9为气体流量控制器;10为主真空腔体进气口;11为附真空腔体进气口;12为附真空腔体抽真空接口管;13为观察窗;14为屏蔽罩;15为屏蔽罩;16为加热基体;17为样品;18为样品;19为样品架;20为基片架;21为磁控溅射阴极;22为磁控溅射阴极支架;23为挡板;24为磁控溅射阴极;25为磁控溅射阴极支架;26为挡板;27为隔板;28为等离子体发生电极;29为样品基架。
参见图2,30为主真空腔体;31为观察窗;32为主真空腔体进气口;33为屏蔽罩;34为屏蔽罩;35为加热基体;36为样品架;37为基片架;38为样品;39为磁控溅射阴极;40为磁控溅射阴极支架;41为挡板;42为磁控溅射阴极;43为磁控溅射阴极支架;44为挡板;45为隔板。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作进一步说明,本发明对本专业技术领域的人来说还是比较清楚地。
例1.制备多层薄膜时,磁控等离子体溅射装置采用垂直溅射工作模式,顺序镀制多层薄膜;装置由主附两个真空腔体和真空获得系统组成,其中主真空腔体进行磁控溅射镀膜;附真空腔体用来进行样品送取及在线清洗和表面处理。真空获得系统主要由分子泵、机械泵、主真空腔体抽真空接口管及闸板阀组成。磁力传输杆(4)的一端连接附真空腔体(2)的一端,附真空腔体(2)的另一端连接CF150闸板阀(3)的一端,CF150闸板阀(3)的另一端连接主真空腔体(1)的一端,主真空腔体底部连接主真空腔体抽真空接口管(5)的上端口,主真空腔体抽真空接口管(5)的下端口与CF200闸板阀连接,CF200闸板阀另一端与抽速为1200l/l的分子泵的旁抽过渡联接管相连,分子泵的一侧与抽速为8l/s的机械泵相连,主真空腔体抽真空接口管(5)的一侧连接附真空腔体抽真空接口管(12)的一端口,附真空腔体抽真空接口管(12)的另一端口连接附真空腔体的底部,使得主真空腔体和附真空腔体共用一套真空获得系统。其中设计主真空腔体大小尺寸为:Φ630mm×H400mm、附真空腔体大小尺寸为:Φ250mm×H400mm。在主真空腔体和附真空腔体的下法兰底盘上各留有1个进气孔与气体质量流量控制器连接用于气体流量的控制。主真空腔体上端为垂直升降式结构,主真空腔体的极限真空可达10-6Pa,加热基体安置于主真空腔体的法兰盖的下表面,用于对沉积样品的加温,在加热基体与法兰盖之间为不锈钢耐热钢隔热屏蔽,起到电和热的屏蔽效果,加热基体两端间距0.5-2mm处分别安装一个屏蔽罩,加热基体表面间距0.5-2mm处为基片架,基片架最高加热温度可达800℃,基片架中的中心转轴连接直流电源或射频电源,形成范围为-100~-500V的偏压,使其最高自转速度为20转/分钟,完成定位、旋转及扫描功能。基片架底端与样品架垂直连接,根据需要在主真空腔体内分布6套Φ75的磁控溅射阴极,同时在样品架下与磁控溅射阴极垂直的相应位置分别安装6套样品,此时磁控溅射阴极上的靶材利用率>40%,工作模式为DC/RF;每个磁控溅射阴极旁配1个气动式挡板,用于控制溅射产物在样品沉积时的开启,并且在多个磁控溅射阴极中间安装隔板,用于阻挡各靶在溅射时所造成的相互污染,磁控溅射阴极上分别安装有所镀膜的靶材。此时样品表面与磁控阴极靶表面相互平行,在溅射时在阴极靶产生的等离子体束与样品呈垂直状态,称为垂直溅射模式,此时挡板也相应成直角,主要用于多层薄膜的制备。附真空腔体下端中心安装1个清洗阴极即等离子体发生电极,上端安装1样品基架,侧面安装1个磁力传输杆,可使样品通过CF150闸板阀与主真空腔体传输,在等离子体发生电极两端加直流或射频电场,再由附真空腔体下的进气口通入一定的气氛如氮气等,可产生等离子体,用于沉积前样品表面的清洗和样品镀膜后的等离子体表面的氮化、氧化等处理。
例2.多靶磁控共溅射等离子体系统沉积薄膜时,磁控阴极沿其中轴线偏转一定角度,使每个阴极中轴线聚焦在基片架中心位置,在溅射时在阴极靶产生的等离子体束与样品呈一定的角度,称为共聚焦溅射模式,此时挡板也偏转相应角度,主要用于合金或多层薄膜的制备。此时主真空腔体大小尺寸为:Φ500mm×H450mm、附真空腔体大小尺寸为:Φ250mm×H400mm。主真空腔体内分布4套Φ5的磁控溅射阴极,在样品架下中心位置安装样品,此时四靶共聚焦在基片架中心,磁控溅射阴极上的靶材利用率>40%,工作模式为DC/RF。
Claims (10)
1.多功能复合磁控等离子体溅射装置,包括主真空腔体(1)、附真空腔体(2)、闸板阀(3)、磁力传输杆(4)、气体流量控制器(9)、主真空腔体进气管(10)、主真空腔体抽真空接口管(5)、主真空腔体抽真空闸板阀(6)、分子泵(7)、机械泵(8)、附真空腔体进气管(11)、附真空腔体抽真空接口管(12)、观察窗(13);其特征在于:磁力传输杆(4)的一端连接附真空腔体(2)的一端,附真空腔体(2)的另一端连接闸板阀(3)的一端,闸板阀(3)的另一端连接主真空腔体(1)的一端,主真空腔体(1)的另一端连接观察窗(13),主真空腔体底部的主真空腔体进气管(10)连接气体流量控制器(9)的一端,气体流量控制器(9)的另一端连接附真空腔体底部的附真空腔体进气管(11),主真空腔体的底部连接主真空腔体抽真空接口管(5)的上端口,主真空腔体抽真空接口管(5)的下端口连接主真空腔体抽真空闸板阀(6)的一端,主真空腔体抽真空闸板阀(6)的另一端连接分子泵(7),分子泵(7)的前级连接机械泵(8),主真空腔体抽真空接口管(5)的一端连接附真空腔体抽真空接口管(12)的一端口,附真空腔体抽真空接口管(12)的另一端口连接附真空腔体的底部。
2.如权利要求书1所述的一种多功能复合磁控等离子体溅射装置,其特征在于:所述的主真空腔体(1)内壁上部装有加热基体(16),加热基体(16)表面间距0.5-2mm处为基片架(20),基片架(20)底端与样品架(19)垂直连接,样品架(19)下两端分别安装样品(17)和样品(18),加热基体(16)两端间距0.5-2mm处分别安装屏蔽罩(14)和(15);主真空腔体(1)内底部两端分别安装磁控溅射阴极支架(22)和磁控溅射阴极支架(25),磁控溅射阴极支架(22)上端安装磁控溅射阴极(21),磁控溅射阴极旁安装挡板(23),磁控溅射阴极支架(25)上端安装磁控溅射阴极(24),磁控溅射阴极旁安装挡板(26),在磁控溅射阴极(21)和磁控溅射阴极(24)之间安装挡板(27)。
3.如权利要求书1所述的一种多功能复合磁控等离子体溅射装置,其特征在于:所述的附真空腔体(2)内上下壁分别连接等离子发生电极(27)的两极,样品基架(28)安装在等离子发生电极的一极上。
4.如权利要求书1或2所述的一种多功能复合磁控等离子体溅射装置,其特征在于:所述的主真空腔体的磁控溅射阴极以及基片架(20)内部的与基片架绝缘的中心转轴均连接直流电源或射频电源。
5.如权利要求书1或2所述的一种多功能复合磁控等离子体溅射装置,其特征在于:所述的主真空腔体的磁控溅射阴极上安装有所镀膜的靶材。
6.如权利要求书1或2所述的一种多功能复合磁控等离子体溅射装置,其特征在于:所述的主真空腔体的磁控溅射阴极的数目可为1-12套,每套磁控溅射阴极旁安装一个挡板,磁控溅射阴极和档板可根据需要偏转相应的角度,数个磁控溅射阴极之间安装隔板。
7.如权利要求书1或2所述的一种多功能复合磁控等离子体溅射装置,其特征在于:所述的主真空腔体的基片架与主真空腔体相互绝缘。
8.如权利要求1或3所述的一种多功能复合磁控等离子体溅射装置,其特征在于:所述的附真空腔体的等离子发生电极(27)与直流电源或射频电源连接。
9.如权利要求书1所述的一种多功能复合磁控等离子体溅射装置,其特征在于:溅射模式可采用垂直溅射模式或共聚焦溅射模式。
10.如权利要求书1所述的一种多功能复合磁控等离子体溅射装置,其特征在于:可用于导电靶材或非导电靶材的溅射。
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