CN204303766U - 一种激光刻蚀与磁控溅射复合装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种激光刻蚀与磁控溅射复合装置，本装置将激光刻蚀与磁控溅射融为一体，其特征在于：在基片台正对面通过玻璃透光镜（6）和激光透镜（7）导入外置激光器（10）发射的激光，并在玻璃透光镜的侧面安装可调角度的靶枪（5），基片台（1）与真空室（3）壁垂直，在基片台后方设有基片转动和定位装置（2）。在薄膜溅射完成后，通过基片台定位装置与激光器上的激光显微镜（9）进行定位，并调节光路使激光焦中正对于薄膜表面，再经计算机（11）控制三轴电机（8）沿设计图案快速循环运行刻蚀从而实现薄膜图案化。本实用新型在薄膜图案化过程直接在基片台上进行，无需取出，特别适合于金属或无机非金属氧化物的薄膜制备和图案制作。
Description
技术领域
本实用新型属于薄膜制备和图案化技术领域，涉及一种激光刻蚀与磁控溅射复合装置，用于金属或无机非金属氧化物薄膜制备和图案制作。
背景技术
磁控溅射是一种成熟且与半导体工艺相兼容的先进薄膜制备技术，在磁控溅射制备薄膜的过程中，薄膜的图案化是制备各种薄膜器件的关键技术。近年来，各种薄膜多层电子元器件，如薄膜氧传感器以及薄膜多层陶瓷电容器（MLCC）等具有良好的市场潜力，相关企业和单位已投入力量进行研发。传统的光刻工艺中所使用的铬玻璃掩膜板需要由专业供应商提供，但在产品的研发环境中，掩膜板的设计通常需要经常改变，难以适应产品研发需要，另外采用传统的光刻工艺进行薄膜的图案化，成本高且效率低，难以满足薄膜化电子元器件的批量制备要求，因此迫切需要一种简便和低成本的薄膜图案化的装置。由于激光的能量密度高、扫描轨迹可精确自动化控制等优点，激光刻蚀技术已广泛应用于薄膜电阻器的调阻过程，且现在激光刻蚀的精度可以达到1微米甚至更小，刻蚀的速度也可以达到2~180mm2/min的速度，针对于各种薄膜电子元器件来说，激光刻蚀的精度和速度完全可以满足产品制备的需要，这为实现一种快速和低成本的薄膜图案化装置提供了可能。
发明内容
本实用新型的目的旨在提供一种激光刻蚀与磁控溅射复合的薄膜制备和图案化装置，通过该装置可以实现金属或无机非金属氧化物薄膜的快速、低成本图案化。
本实用新型的目的通过如下技术方案实现：
一种激光刻蚀与磁控溅射复合装置，其特征在于：设置包含基片台、基片转动及定位装置、真空室、磁控溅射靶枪、激光透镜、三轴电机、激光显微镜、激光器、计算机控制系统以及真空抽气系统构成，所述的真空室的一边中间设置玻璃透光镜，真空室内的玻璃透光镜两边设置磁控溅射靶枪，真空室内的玻璃透光镜对应面设置基片台和基片转动及定位装置，真空室外的玻璃透光镜与激光透镜、三轴电机、激光显微镜、激光器和计算机控制系统依次连接构成激光刻蚀与磁控溅射复合装置。
所述的真空室还设置真空抽气系统和气阀。
所述的激光刻蚀与磁控溅射复合装置为激光刻蚀与磁控溅射仪集成为一体；所述的激光器为一束激光或多束激光，或者是经计算机控制沿图案快速循环运行的一束激光或多束激光。
所述的激光器包括Nd:YAG激光器或CO2激光器，刻蚀的功率从0.5 W到800 W，在激光器内集成激光显微镜。
所述的磁控溅射靶枪的磁控溅射电源为直流电源或是射频电源。
所述的磁控溅射靶枪设置一把或多把。
所述的基片台设在基片转动及定位装置上。
本实用新型的工作原理：
本实用新型有机地将磁控溅射镀膜系统与激光光刻系统结合在一起，通过在真空室基片正对面利用玻璃透光镜和激光透镜导入外置激光器发射的激光，在基片台上设置定位系统，在基片台的后面设置加热系统，并在玻璃透光镜的侧面安装可调角度的单靶或多靶磁控溅射靶枪，基片台与真空室壁垂直，经定位调焦后，通过计算机控制三轴电机和激光运行路径实现基片台上薄膜样品的快速激光刻蚀。其具体操作过程过为：①在磁控溅射靶枪上安装靶材，并在基片上安装基片，并利用基片台上的定位装置与激光进行初步定位；②将磁控溅射仪通过真空抽气系统抽真空至1.0×10-3Pa，通过气阀充入氩气、氧气等溅射气体，设定相关溅射参数，在基片上进行薄膜沉积，在薄膜沉积的过程中可利用外置激光器发射的激光经激光透镜对薄膜沉积过程进行加热处理；③薄膜沉积完成后，先用基片台上的定位装置进行初期对准，然后通过集成在激光器上的高精度激光显微镜进行精确对准，从而完成激光器与溅射台上的基片定位，并调节激光透镜和三轴电机使激光焦点落在薄膜的正表面上；④将计算机控制系统设计好的刻蚀图形输入激光刻蚀管理软件，设置激光参数，如功率、运行路径、脉冲宽度等，启动激光刻蚀对薄膜进行图案化。
本实用新型具有以下优点：
（1）由于磁控溅射仪与激光刻蚀复合成一体，可以实现在薄膜制备完成后无需取出基片即进行激光刻蚀，形成图案化后无需打开真空室即可进行其它薄膜的沉积制备，因此薄膜器件的制备效率可以大幅提高，并可有效减少薄膜图形化过程的污染，可以实现薄膜的快捷、低成本图案化。
（2）本装置符合实验室研究和工业化生产需求，并可在薄膜制备的过程利用激光加热提高薄膜的生长质量和性能。
附图说明
图1是本实用新型构成示意图：
图中标识：1-基片台、2-基片转动及定位装置、3-真空室、4-气阀、5-磁控溅射靶枪、6-玻璃透光镜、7-激光透镜、8-三轴电机、9-激光显微镜、10-激光器、11-计算机控制系统、12-真空抽气系统。
图2是采用本装置在ZrO2陶瓷基片上制备的银薄膜图案实物照片，电极尺寸为0.2 mm×0.4 mm。
具体实施方式
实施例1
安装本实用新型激光刻蚀-磁控溅射复合装置，如图1所示，包含有真空系统、溅射系统、激光器系统以及电气控制系统，其中真空系统主要安装真空室3、工作气体入口4和真空抽气系统12，溅射系统主要安装三把可调角度靶枪5、基片台转动及定位装置2以及基片台1，激光刻蚀系统主要安装200 W功率的Nd:YAG激光器10、玻璃透光镜6、激光透镜7、高速XYZ三轴电机8以及计算图控制系统11。其中基片台与真空室壁垂直，基片台后方安装基片转动装置2，在基片正对面通过光学玻璃6和激光透镜7导入外置激光器10发射的一束激光，激光器内集成激光显微镜9，玻璃透光镜6镶嵌在真空室3壁上，激光透镜8安装于玻璃透光镜6的外部，在玻璃透光镜6的侧面分别安装三把靶枪5，其中两把接直流电源，一把接射频电源，并在靶枪内安装循环水冷却系统。
实施例2
参照实施例1和图1，在实施例1的基础上进行调整：安装1把磁控溅射靶枪5，并同时连接直流电源或射频电源，实际使用时通过开关进行直流电源和射频电源的切换，安装800W功率的CO2激光器10，发射一束激光，并经透镜变换成多束激光。
实施例3
参照实施例1和图1，在实施例1的基础上进行调整，安装2把磁控溅射靶枪5，分别连接直流电源和射频电源，安装0.5 W功率的Nd:YAG激光器10，发射一束激光，并采用计算机控制沿图案快速循环运行。
实施例4
参照实施例1和图1，在实施例1的基础上进行调整，安装2把磁控溅射靶枪5，分别连接直流电源和射频电源，安装500 W功率的Nd:YAG激光器10，发射一束激光，经透镜变换成多束激光，并采用计算机控制沿图案快速循环运行。
应用例
将实施例1的装置应用于金属银薄膜的制备及图形化，其制备过程如下：
（1）在磁控溅射仪上安装金属Ag靶材和抛光ZrO2陶瓷基片；
（2）将磁控溅射仪抽真空至8.0×10-4Pa，充入纯氩气，设定并调节溅射气压为0.5 Pa，溅射功率为80 W，靶基距为5 cm，薄膜厚度控制为1.0 μm；
（3）采用直流磁控溅射进行薄膜沉积，并在薄膜沉积的过程中采用Nd:YAG激光器发射的脉冲激光束对基片进行加热处理；
（4）薄膜沉积完成后，采用Nd:YAG激光器，将集成在磁控溅射仪上的激光与溅射台上的基片进行定位，并调节激光刻蚀机使一束激光焦点落在Ag薄膜的正表面上；
（5）将采用AotoCAD软件设计好的若干个长×宽为0.4 mm×0.2 mm刻蚀图形输入激光刻蚀软件，设置激光刻蚀功率为0.9 W，激光光斑宽度为10 μm，按单元逐个进行刻蚀运动；
（6）启动激光刻蚀对薄膜进行图案化刻蚀，刻蚀后的实物图如图2所示。
Claims (7)
1.一种激光刻蚀与磁控溅射复合装置，其特征在于：设置包含基片台（1）、基片转动及定位装置（2）、真空室（3）、磁控溅射靶枪（5）、激光透镜（7）、三轴电机（8）、激光显微镜（9）、激光器（10）、计算机控制系统（11）以及真空抽气系统（12）构成，所述的真空室（3）的一边中间设置玻璃透光镜（6），真空室（3）内的玻璃透光镜（6）两边设置磁控溅射靶枪（5），真空室（3）内的玻璃透光镜（6）对应面设置基片台（1）和基片转动及定位装置（2），真空室（3）外的玻璃透光镜（6）与激光透镜（7）、三轴电机（8）、激光显微镜（9）、激光器（10）和计算机控制系统（11）依次连接构成激光刻蚀与磁控溅射复合装置。
2.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀与磁控溅射复合装置，其特征在于：所述的真空室（3）还设置真空抽气系统（12）和气阀（4）。
3.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀与磁控溅射复合装置，其特征在于：所述的激光刻蚀与磁控溅射复合装置为激光刻蚀与磁控溅射仪集成为一体；所述的激光器（10）为一束激光或多束激光，或者是经计算机控制沿图案快速循环运行的一束激光或多束激光，在激光器（10）内还集成了一套激光显微镜（9）定位系统。
4.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀与磁控溅射复合装置，其特征在于：所述的激光器（10）包括Nd:YAG激光器或CO2激光器，刻蚀的功率从0.5W到800W。
5.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀与磁控溅射复合装置，其特征在于：所述的磁控溅射靶枪（5）的磁控溅射电源为直流电源或是射频电源。
6.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀与磁控溅射复合装置，其特征在于：磁控溅射靶枪5设置一把或多把。
7.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀与磁控溅射复合装置，其特征在于：所述的基片台（1）设在基片转动及定位装置（2）上。
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