CN212051629U - 一种微波等离子溅射光学镀膜机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及溅射成膜技术领域，具体来说是一种微波等离子溅射光学镀膜机，包括一圆形的真空室，真空室的半周的环向内侧依次间隔设置有若干靶材，在所述的真空室的另一半周的中部设有微波磁控管组件，所述的微波磁控管组件包括固态微波源、调谐器和定向耦合器波导。本实用新型结构简洁、新颖，选择合理的靶材及其设置位置，通过独特设计的微波磁控管组件实现对其激励，使用频率提高很大，使得氧气在真空腔室内活化的效率大大提高；不需要使用大功率射频电源，或使用多个射频氧化源，大幅降低设备成本；膜层折射率稳定性大幅提高，镀膜产品品质、良品率提高；采用矩形谐振腔的设计，使谐振腔内微波谐振腔模式数取得最大值，提高微波场的均匀性。
Description
技术领域
本实用新型涉及溅射成膜技术领域，具体来说是一种微波等离子溅射光学镀膜机。
背景技术
磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。
磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。
对于现有的磁控溅射技术而言，由于光学薄膜膜料一般均是氧化物，氧化物一般是非导体，所以溅射氧化物一般只能用射频溅射，但射频溅射缺点是电源昂贵，且溅射速率低，成膜效率很低；且用直流反应溅射的话容易引起靶中毒，导致溅射停止。
发明内容
本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种微波等离子溅射光学镀膜机，无需使用大功率射频电源，且使得氧气在真空腔室内活化的效率大大提高。
为了实现上述目的，设计一种微波等离子溅射光学镀膜机，包括基片，包括一圆形的真空室，所述的基片设置于真空室内，所述的真空室的上侧设有抽真空口和进气口，所述的抽真空口通过管道与抽真空设备相连，所述的进气口通过管道与进气设备相连，所述的真空室的半周的环向内侧依次间隔设置有若干靶材，在所述的真空室的另一半周的中部设有微波磁控管组件，所述的微波磁控管组件包括固态微波源、调谐器和定向耦合器波导，所述的固态微波源、调谐器和定向耦合器波导依次相连，且所述的定向耦合器具有矩形的谐振腔，所述的矩形的谐振腔近于真空室的一侧联通至所述的真空室。
优选地，所述的真空室的半周的环向内侧依次间隔设置有钛靶材、硅靶材、铌靶材和铬靶材。
优选地，采用的固态微波源的频率为2450MHz。
优选地，所述的定向耦合器波导远于调谐器的一端还连接有适配端部。
优选地，所述的真空室另一半周的中部设有开口，所述的开口处连接有法兰，所述的法兰上连接有所述的定向耦合器波导。
优选地，所述的固态微波源和调谐器的连接处、调谐器和定向耦合器波导的连接处分别相对应的在环向上均匀设有若干通孔，以通过螺栓实现连接。
本实用新型结构简洁、新颖，选择了合理的靶材及其设置位置，通过独特设计的微波磁控管组件实现对其激励，并且优选地采用工业微波频率为2450MHz的固态微波源，相对于使用RF射频激励等离子体的方式其具有以下优点：
（1）使用频率提高很大，RF射频频率为13.56M Hz，而微波频率为2450M Hz，使得氧气在真空腔室内活化的效率大大提高；
（2）不需要使用大功率射频电源，或使用多个射频氧化源，大幅降低设备成本；
（3）膜层折射率稳定性大幅提高，镀膜产品品质、良品率提高；
（4）采用矩形谐振腔的设计，使谐振腔内微波谐振腔模式数取得最大值，提高微波场的均匀性。
附图说明
图1是本实用新型中一种微波等离子溅射光学镀膜机的俯视图；
图2是本实用新型中一种微波等离子溅射光学镀膜机的侧视图；
图3是本实用新型中固态微波源的示意图；
图4是本实用新型中调谐器的示意图；
图5是本实用新型中定向耦合器波导的示意图；
图6是本实用新型中固态微波源、调谐器和定向耦合器波导相连接的示意图；
图7是本实用新型中适配端部的结构示意图；
图8是本实用新型中适配端部的主视图；
图中：1.微波磁控管组件 2.钛靶材 3.硅靶材 4.铌靶材 5.进气口 6.铬靶材 7.抽真空口 8.水冷机部件 9. 定向耦合器波导 10.调谐器 11.固态微波源12.真空室 13.加热层 14.靶材。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实施方式中，对于 Si、Ta等特殊材料与O2合成氧化物的过程，用微波磁控管组件取代RF13.56MHZ使得通氧气后合成等离子体的结合度更高，氧气离化效率更高。通过固态微波源激励等离子体以实现膜层氧化，即通过氧化形成氧化体膜层，提高了膜层折射率的稳定性。
结合图1和图2, 所述的真空室的半周的环向内侧依次间隔设置有若干靶材，在所述的真空室的另一半周的中部设有微波磁控管组件，例如所述的真空室另一半周的中部设有开口，所述的开口处连接有法兰，所述的法兰上通过螺栓连接所述的定向耦合器波导，并且优选地所述的若干靶材包括沿所述的真空室的半周的环向内侧依次间隔设置有钛靶材、硅靶材、铌靶材和铬靶材。在真空室相远于微波磁控管组件的一侧上端设置抽真空口，以通过抽真空设备如抽气泵等将真空室抽吸至真空状态，并且在真空室相远于微波磁控管组件的一侧上端设置进气口，以通过管道连接至进气设备以导入氧气，用以把待镀工件的镀层金属氧化成氧化物。但是由于氧分子之间的共价键没有被打开，不具备与金属相结合的活泼性，如果仅仅采用导入氧气的方式，氧气很难与镀层金属反应生成氧化物，氧化率极低。因此，需要给氧分子输入能量，使之变为较为活泼的等离子体，从而提高与金属结合的效率。
而为了对氧分子输入能量，提高氧化效率，本实施方式创新地采用微波激励等离子体的方式进行膜层氧化进程，如图3-图6所示，所述的微波磁控管组件包括固态微波源、调谐器和定向耦合器波导，所述的固态微波源、调谐器和定向耦合器波导依次相连，且所述的定向耦合器具有矩形的谐振腔，所述的真空室对应于所述的矩形谐振腔的位置设有开口，使得所述的矩形的谐振腔近于真空室的一侧联通至所述的真空室。优选地，本实施方式采用工业微波频率2450MHz的固态微波源，相对于RF射频激励等离子体的方式，固态微波源的频率具有很大的提高，RF射频频率为13.56M Hz，而固态微波源的微波频率为2450M Hz，远高于RF射频的频率，从而使得氧气在真空腔室内活化的效率大大提高。由此，在磁控溅射过程中不需要使用大功率射频电源，也不需要使用多个射频氧化源，大幅地降低设备成本，并且通过固态微波源的设置，将氧化区构建为氧等粒子活化区，实现了更好的氧化效果，使得膜层折射率的稳定性大幅提高，也使得镀膜产品品质及良品率大幅提高。
并且，所述的固态微波源的出口端依次连接调谐器和定向耦合器波导，所述的固态微波源和调谐器的连接处、调谐器和定向耦合器波导的连接处分别相对应的在环向上均匀设有若干通孔，以通过螺栓实现连接，并且还能优选的设置密封圈。由于，所述的定向耦合器波导的谐振腔设计为一矩形的谐振腔，使得谐振腔内微波谐振模式数取得最大值，提高了微波场的均匀性。此外，定向耦合器波导外端还能通过螺栓连接有适配端部，适配端部用于实现微波磁控管组件与真空室的连接。
此外，所述的一种微波等离子溅射光学镀膜机还能包括用于冷却的水冷机及其组件，和沿真空室的边沿表面设有的加热层。
Claims (6)
1.一种微波等离子溅射光学镀膜机，包括基片，其特征在于包括一圆形的真空室，所述的基片设置于真空室内，所述的真空室的上侧设有抽真空口和进气口，所述的抽真空口通过管道与抽真空设备相连，所述的进气口通过管道与进气设备相连，所述的真空室的半周的环向内侧依次间隔设置有若干靶材，在所述的真空室的另一半周的中部设有微波磁控管组件，所述的微波磁控管组件包括固态微波源、调谐器和定向耦合器波导，所述的固态微波源、调谐器和定向耦合器波导依次相连，且所述的定向耦合器具有矩形的谐振腔，所述的矩形的谐振腔近于真空室的一侧联通至所述的真空室。
2.如权利要求1所述的一种微波等离子溅射光学镀膜机，其特征在于所述的真空室的半周的环向内侧依次间隔设置有钛靶材、硅靶材、铌靶材和铬靶材。
3.如权利要求1所述的一种微波等离子溅射光学镀膜机，其特征在于采用的固态微波源的频率为2450MHz。
4.如权利要求1所述的一种微波等离子溅射光学镀膜机，其特征在于所述的定向耦合器波导远于调谐器的一端还连接有适配端部。
5.如权利要求1所述的一种微波等离子溅射光学镀膜机，其特征在于所述的真空室另一半周的中部设有开口，所述的开口处连接有法兰，所述的法兰上连接有所述的定向耦合器波导。
6.如权利要求1所述的一种微波等离子溅射光学镀膜机，其特征在于所述的固态微波源和调谐器的连接处、调谐器和定向耦合器波导的连接处分别相对应的在环向上均匀设有若干通孔，以通过螺栓实现连接。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111074225A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-04-28 | 上海嘉森真空科技有限公司 | 一种微波等离子辅助的溅射光学成膜方法 |
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2020
- 2020-01-09 CN CN202020041420.5U patent/CN212051629U/zh active Active
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