CN209194044U - 高频溅射装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高频溅射装置。该装置包括溅射室、靶材、高频电极、高频振荡器、直流电源、衬底、衬底支座和充气系统；溅射室用于提供真空环境，靶材设置在溅射室内的上部，靶材背面与高频电极可导电地固定连接，高频电极通过绝缘材料安装在溅射室的上端；高频振荡器为可调式振荡器，输入端连接直流电源，输出端连接高频电极；衬底设置在溅射室内的下部，衬底固定安装在衬底支座上，衬底支座可转动地安装在溅射室的下端；充气系统与溅射室连通。本实用新型的高频溅射装置能够对绝缘体靶材进行溅射，从而在衬底上沉积所需的绝缘体薄膜，且能保证获得的绝缘体薄膜厚度的均匀性，结构简单，制造成本低，操作方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及薄膜制备技术领域，尤其涉及一种高频溅射装置。
背景技术
薄膜的不同用途对薄膜的导电性、光学性能、结晶取向、表面平整度等有不同的要求，目前，为了满足薄膜的各个性能要求，已开发了多种薄膜制备方法，主要包括：脉冲激光沉积工艺、溶胶凝胶工艺、蒸发、化学气相沉积以及电子回旋共振微波等离子体反应溅射等，根据生产应用要求，适当选择不同的制备工艺。
溅射方法包括直流溅射和高频溅射，直流溅射通常用于沉积金属或导电薄膜，在制备绝缘体薄膜时，利用直流溅射，会在绝缘体靶材的表面积累起溅射气体的正离子，从而排斥后来的轰击离子；而在高频溅射中，高频交变电位能周期性地以等离子体的电子来中和绝缘体靶材的表面电荷。由于薄膜的性能与制备方法及工艺参数密切相关，因此，有必要提供一种能够制备大面积均匀薄膜，且结构简单、制造成本低的高频溅射装置以及相应的高频溅射方法。
实用新型内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种高频溅射装置。
为此本实用新型公开了一种高频溅射装置。该高频溅射装置为通过在真空中向靶材施加高频电位，以对衬底的一面进行成膜处理的装置，包括：溅射室、靶材、高频电极、高频振荡器、直流电源、衬底、衬底支座和充气系统；
所述溅射室用于为所述衬底的成膜处理提供真空环境；
所述靶材设置在所述溅射室内的上部，所述靶材背面与所述高频电极可导电地固定连接，所述高频电极通过绝缘材料固定安装在所述溅射室的上端；
所述高频振荡器为可调式振荡器，所述高频振荡器的输入端连接所述直流电源，输出端连接所述高频电极；
所述衬底设置在所述溅射室内的下部，且与所述靶材正面正对，所述衬底固定安装在所述衬底支座上，所述衬底支座可转动地安装在所述溅射室的下端；
所述充气系统与所述溅射室连通，用于向所述溅射室提供溅射气体和反应气体。
进一步地，在所述高频溅射装置中，所述靶材背面采用金属化处理，所述靶材通过焊接方式或导电胶粘结方式与所述高频电极连接。
进一步地，在所述高频溅射装置中，所述高频电极采用无氧铜制作，且中间位置设置有通道，所述通道用于通水冷却，所述高频电极外层采用聚四氟乙烯套绝缘。
进一步地，在所述高频溅射装置中，所述高频振荡器内设置有阻抗匹配网络，所述高频振荡器采用双调谐变压器耦合输出方式。
进一步地，在所述高频溅射装置中，所述衬底支座采用不锈钢制作，且中间位置设置有用于通水冷却的冷却通道。
进一步地，在所述高频溅射装置中，所述装置还包括旋转机构，所述旋转机构连接在所述衬底支座下端，用于带动所述衬底支座及其上安装的所述衬底转动。
进一步地，在所述高频溅射装置中，所述充气系统包括充气阀、气体纯化装置和气罐；
所述充气阀一端与所述溅射室连通，另一端与所述气体纯化装置连通，用于控制所述溅射室内的气体量；
所述气体纯化装置一端与所述充气阀连通，另一端与所述气罐连通；
所述气罐一端与所述气体纯化装置连通，另一端连通气源。
进一步地，在所述高频溅射装置中，所述气罐包括第一气罐、第二气罐和混合气罐；
所述第一气罐用于容纳所述溅射气体；
所述第二气罐用于容纳所述反应气体；
所述混合气罐用于接收所述第一气罐和所述第二气罐排出的所述溅射气体及所述反应气体，以形成混合气体。
本实用新型技术方案的主要优点如下：
本实用新型提供的高频溅射装置能够对绝缘体靶材进行溅射，从而在衬底上沉积所需的绝缘体薄膜，且能保证获得的绝缘体薄膜厚度的均匀性，结构简单，制造成本低，操作方便。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型一个实施例提供的高频溅射装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-溅射室、2-靶材、3-高频电极、4-高频振荡器、5-直流电源、6-衬底、7-衬底支座、8-充气系统、81-充气阀、82-气体纯化装置、83-气罐、9-旋转机构。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
以下结合附图，详细说明本实用新型实施例提供的技术方案。
本实用新型实施例提供了一种高频溅射装置，该高频溅射装置为一种通过在真空中向靶材施加高频电位，以对衬底的一面进行成膜处理的装置，如附图1所示，该高频溅射装置包括：溅射室1、靶材2、高频电极3、高频振荡器4、直流电源5、衬底6、衬底支座7和充气系统8。溅射室1用于为衬底6的成膜处理提供真空环境，靶材2设置在溅射室1内的上部，靶材2背面与高频电极3可导电地固定连接，高频电极3通过绝缘材料固定安装在溅射室1的上端；高频振荡器4为可调式振荡器，高频振荡器4的输入端连接直流电源5，输出端连接高频电极3；衬底6设置在溅射室1内的下部，且与靶材2正面正对，衬底6固定安装在衬底支座7上，衬底支座7可转动地安装在溅射室1的下端；充气系统8与溅射室1连通，用于向溅射室1提供溅射气体和反应气体。
以下对本实用新型实施例提供的高频溅射装置的工作原理进行说明：
应用时，先对溅射室1进行抽真空处理，使溅射室的真空度达到1×10-1Torr(1Torr＝133.322Pa)以上，利用充气系统8向溅射室1内充入适当比例的溅射气体和反应气体，溅射气体可以为惰性气体如氩气，反应气体根据实际生产中衬底6所需沉积的薄膜进行选择，利用直流电源5和高频振荡器4对高频电极3及靶材2施加高压，溅射室1内的气体在高压下被击穿而开始放电，由于靶材2具有一个交变电位，气体放电中的正离子、电子和原子在会始终不断地射向靶材2的靶面，从而使靶材2上的表面原子逸出，靶材2上逸出的表面原子在衬底6的上表面沉积而形成薄膜。
可见，本实用新型实施例提供的高频溅射装置能够对绝缘体靶材进行溅射，从而在衬底上沉积所需的绝缘体薄膜，且能保证获得的绝缘体薄膜厚度的均匀性，结构简单，制造成本低，且操作方便。
其中，为了尽可能地降低靶材2的阻抗和靶材2与高频电极3间的接触电阻，以提高溅射效果。本实用新型实施例中，靶材2的表面作平整处理，且使靶材2具有较大的面积厚度比，并将靶材2的各棱角设置为圆角，如此设置，能够降低靶材2的阻抗；同时，对靶材2背面采用金属化处理，将靶材2通过焊接方式或导电胶粘结方式与高频电极3连接，如此设置，能够降低靶材2与高频电极3间的接触电阻。
进一步地，高频电极3采用无氧铜制作，且中间位置设置有通道，通道用于通水冷却，高频电极3外层采用聚四氟乙烯套绝缘，利用高频电极3内部流通的冷却水来对靶材2进行冷却，同时利用高纯铝材做屏蔽罩，且屏蔽罩的位置可调。
本实用新型实施例中，高频振荡器4内设置有阻抗匹配网络，高频振荡器4采用双调谐变压器耦合输出方式。如此设置，能够将溅射系统调谐到共振从而在气体放电时能得到最大的功率转移。
如上所述，本实用新型实施例的高频溅射装置中，高频振荡器4为可调式振荡器，由于高频振荡器4的频率越高，靶材2的串联容抗越低，但相对地，溅射系统的衰减效果越高，且在高频率时，难以做到合适的接地回路。为使本实用新型实施例提供的高频溅射装置具有最佳性能，高频振荡器4的频率优选为10～20MHz。
本实用新型实施例中，衬底支座7采用不锈钢制作，且中间位置设置有用于通水冷却的冷却通道。如此设置，既能对衬底6进行支撑固定，且利用衬底支座7内部流动的冷却水能对衬底6进行冷却。此外，衬底支座7在溅射室1上的安装位置可调，以对衬底6的位置进行调整，从而能够根据实际情况，对衬底6及靶材2间的间隔进行调整，以获得高质量的沉积薄膜。
如附图1所示，本实用新型实施例中，高频溅射装置还包括旋转机构9，旋转机构9连接在衬底支座7下端，用于带动衬底支座7及其上安装的衬底6转动。如此设置，通过旋转机构9能够实现衬底6相对靶材2的转动，从而在衬底6上制备出厚度均匀的薄膜。
如附图1所示，本实用新型实施例中，充气系统8包括充气阀81、气体纯化装置82和气罐83；充气阀81一端与溅射室1连通，另一端与气体纯化装置82连通，用于控制溅射室1内的气体量；气体纯化装置82一端与充气阀81连通，另一端与气罐83连通；气罐83一端与气体纯化装置82连通，另一端连通气源。
其中，充气阀81可以包括微调充气阀和磁力充气阀，以实现加入溅射室1内的气体量的准确调控；气体纯化装置82用于除去溅射气体和反应气体中的杂质；气罐83可以为三个，具体可以包括第一气罐、第二气罐和混合气罐，第一气罐与溅射气体的气源连接，用于容纳溅射气体，第二气罐与反应气体的气源连接，用于容纳反应气体，混合气罐分别连接第一气罐和第二气罐，用于接收第一气罐和第二气罐排出的溅射气体及反应气体，以形成特定比例的混合气体，且第一气罐、第二气罐和混合气罐均安装有真空压力表，以对气罐内的气体压力进行监控。
此外，第一气罐、第二气罐和混合气罐内均设置有过滤装置，以对溅射气体和反应气体进行过滤，确保高频溅射的正常运行。
其中，为了保证衬底6上的薄膜的沉积速率保持恒定，以确保薄膜的厚度均匀。本实用新型实施例中，溅射室1内的气体压力控制在2×10-3～1.5×10-2Torr。
本实用新型实施例中，溅射室1上可以安装有电力硅管和热偶硅管，其中，电力硅管用于溅射室1的高真空测量，热偶硅管用于溅射室1的低真空测量。
利用本实用新型实施例的上述高频溅射装置实施高频溅射的方法包括如下步骤：
11)对衬底6进行清洁处理；
12)对溅射室1进行抽真空处理，且使溅射室1的真空度达到1×10-1Torr以上；
13)利用充气系统8向溅射室1充入溅射气体和反应气体；
14)利用直流电源5和高频振荡器4向高频电极3及靶材2施加高压，以进行溅射；
15)待衬底6完成薄膜沉积后，切断高频振荡器4和直流电源5开关，结束溅射。
步骤11)中，根据不同的衬底材料采用不同的清洁方式，以去除衬底6上的污染物，从而提高沉积薄膜与衬底6间的附着力。
步骤12)中，在对溅射室1进行抽真空操作前，先向溅射室1充入空气，并调整好靶材2与衬底6的间距，使靶材2与衬底6正对，衬底6与励磁线圈的中心线重合，以确保获得最高的沉积速率和均匀的薄膜。
步骤13)中，分别将溅射气体和反应气体充入第一气罐和第二气罐，而后将第一气罐和第二气罐内的溅射气体及反应气体按实际生产所需的比例充入第三气罐，利用充气阀81中的微调充气阀和磁力充气阀将第三气罐中的混合气体充入溅射室1。
步骤14)中，在施加高压前，先检查溅射室1的内部情况，待溅射室1内的气压稳定后，使高频电极3内的冷却水流通，并确保同轴电缆与高频电极3的连接可靠，靶材2与衬底6情况良好后，接通高压开关，调节高频振荡器4，使高频电极3处于辉光放电暗区。
利用本实用新型实施例提供的高频溅射装置，能够对绝缘体靶材进行溅射，从而在衬底上沉积所需的绝缘体薄膜，且能保证获得的绝缘体薄膜厚度的均匀性，操作方便。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种高频溅射装置，为通过在真空中向靶材施加高频电位，以对衬底的一面进行成膜处理的装置，其特征在于，所述装置包括：溅射室(1)、靶材(2)、高频电极(3)、高频振荡器(4)、直流电源(5)、衬底(6)、衬底支座(7)和充气系统(8)；
所述溅射室(1)用于为所述衬底(6)的成膜处理提供真空环境；
所述靶材(2)设置在所述溅射室(1)内的上部，所述靶材(2)背面与所述高频电极(3)可导电地固定连接，所述高频电极(3)通过绝缘材料固定安装在所述溅射室(1)的上端；
所述高频振荡器(4)为可调式振荡器，所述高频振荡器(4)的输入端连接所述直流电源(5)，输出端连接所述高频电极(3)；
所述衬底(6)设置在所述溅射室(1)内的下部，且与所述靶材(2)正面正对，所述衬底(6)固定安装在所述衬底支座(7)上，所述衬底支座(7)可转动地安装在所述溅射室(1)的下端；
所述充气系统(8)与所述溅射室(1)连通，用于向所述溅射室(1)提供溅射气体和反应气体。
2.根据权利要求1所述的高频溅射装置，其特征在于，所述靶材(2)背面采用金属化处理，所述靶材(2)通过焊接方式或导电胶粘结方式与所述高频电极(3)连接。
3.根据权利要求1或2所述的高频溅射装置，其特征在于，所述高频电极(3)采用无氧铜制作，且中间位置设置有通道，所述通道用于通水冷却，所述高频电极(3)外层采用聚四氟乙烯套绝缘。
4.根据权利要求3所述的高频溅射装置，其特征在于，所述高频振荡器(4)内设置有阻抗匹配网络，所述高频振荡器(4)采用双调谐变压器耦合输出方式。
5.根据权利要求1或4所述的高频溅射装置，其特征在于，所述衬底支座(7)采用不锈钢制作，且中间位置设置有用于通水冷却的冷却通道。
6.根据权利要求5所述的高频溅射装置，其特征在于，所述装置还包括旋转机构(9)，所述旋转机构(9)连接在所述衬底支座(7)下端，用于带动所述衬底支座(7)及其上安装的所述衬底(6)转动。
7.根据权利要求1或6所述的高频溅射装置，其特征在于，所述充气系统(8)包括充气阀(81)、气体纯化装置(82)和气罐(83)；
所述充气阀(81)一端与所述溅射室(1)连通，另一端与所述气体纯化装置(82)连通，用于控制所述溅射室(1)内的气体量；
所述气体纯化装置(82)一端与所述充气阀(81)连通，另一端与所述气罐(83)连通；
所述气罐(83)一端与所述气体纯化装置(82)连通，另一端连通气源。
8.根据权利要求7所述的高频溅射装置，其特征在于，所述气罐(83)包括第一气罐、第二气罐和混合气罐；
所述第一气罐用于容纳所述溅射气体；
所述第二气罐用于容纳所述反应气体；
所述混合气罐用于接收所述第一气罐和所述第二气罐排出的所述溅射气体及所述反应气体，以形成混合气体。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: No. 3 Huda Road, Binhu District, Wuxi City, Jiangsu Province, 214000 Patentee after: Jiangsu Teliliang New Material Technology Co.,Ltd. Address before: No. 3 Huda Road, Binhu District, Wuxi City, Jiangsu Province, 214000 Patentee before: JIANGSU TELI LIANG COATING TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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