CN212770929U - 离子溅射仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种离子溅射仪，包括：处理腔室，用于容纳样品；气体调节模块，与所述处理腔室连通，用于监测和调节所述处理腔室内的压强；磁控溅射模块，与所述处理腔室连通，用于对所述样品进行磁控溅射沉积以在所述样品表面形成导电膜层；等离子清洗模块，与所述处理腔室连通，用于对所述样品进行等离子清洗。本实用新型通过磁控溅射模块提高了导电镀层的沉积效率和降低沉积温度，并通过等离子清洗模块同时去除样品表面的有机污染物，从而提高了样品表面的成像清晰度，减少了“积碳”现象的产生。

Description

离子溅射仪

技术领域

本实用新型涉及器件镀膜技术领域，特别是涉及一种离子溅射仪。

背景技术

随着材料科学技术的不断发展，人们对材料的微米级甚至纳米级的成像提出了更高的要求，SEM(scanning electron microscopy，扫描电子显微镜)应运而生，SEM成像时可以将材料样品放大5万倍，从而精确地观测样品表面的形貌。SEM的成像原理是使电子束轰击样品表面，并收集样品中激发出的二次电子进行测试，因此，SEM对样品表面的导电性具有较高的要求。

针对导电性能较差的样品，需要先在样品表面喷镀一层导电层(例如金、铂或碳)后，再进行SEM观察。之前主流的导电层镀膜设备比如KYKY中科科仪都是采用二极溅射模式进行喷金或喷铂，由于靶电压高达上千伏特以及样品台同时作为阳极，所以离子轰击样品严重，导致样品温升比较高和离子损伤，这点对热敏感的高分子材料或生物材料影响大。为了解决此问题，英国Quorum、 Cressington等部分厂家也采用磁控溅射技术，因为磁场约束了电子，显著降低了样品喷金温度和离子轰击损伤。

在SEM观察样品的过程中，往往会发现在进行二次电子(SE)成像或进行 EDS(Energy Dispersive Spectrometer，能谱仪)成分分析时，测试区域会出现“黑框”从而影响成像结果。出现的“黑框”的原因为样品表面沉积了有机污染物，即积碳现象，积碳现象主要有两个因素造成。其一，在制备、存储或转移过程中，样品的表面附着了环境中的有机污染物。其二，在成像过程中，样品的表面附着了腔室内残留的有机污染物，例如其他样品脱落至腔室内的有机污染物，或为了清洁样品残留在样品表面的无水乙醇或丙酮等有机溶剂。因此，如何减少甚至清除观测样品表面的有机污染物，是避免积碳现象并提高成像效果的关键。

实用新型内容

基于此，有必要针对如何对样品进行导电层镀膜，并在样品不受到大气的二次污染的前提下，去除样品表面的有机污染物的问题，提出一种复合等离子清洗功能的离子溅射仪。

一种离子溅射仪，包括：

处理腔室，用于容纳样品；

气体调节模块，与所述处理腔室连通，用于监测和调节所述处理腔室内的压强；

磁控溅射模块，与所述处理腔室连通，用于对所述样品进行磁控溅射沉积以在所述样品表面形成导电膜层；

等离子清洗模块，与所述处理腔室连通，用于对所述样品进行等离子清洗。

在其中一个实施例中，所述处理腔室包括活动连接的上盖和腔体，磁控溅射模块包括：

磁控溅射靶材，固定于所述上盖朝向所述腔体一侧的内壁上，用于提供磁控溅射的材料；

磁控电源，与所述磁控溅射靶材连接，用于为所述磁控溅射靶材供电。

在其中一个实施例中，所述离子溅射仪还包括：

上盖铰链，用于活动连接所述上盖和所述腔体。

在其中一个实施例中，所述等离子清洗模块包括：

射频离子源，与所述处理腔室连通，用于产生等离子体；

射频电源，与所述射频离子源连接，用于为所述射频离子源供电。

在其中一个实施例中，所述等离子清洗模块还包括第一法兰，用于连接所述射频离子源和所述处理腔室。

在其中一个实施例中，所述气体调节模块包括：

压强监测单元，设于所述处理腔室中，用于监测所述处理腔室内的压强；

抽气单元，与所述处理腔室连通，用于抽取所述处理腔室内的气体，以提高所述处理腔室内的压强；

送气单元，与所述处理腔室连通，用于提供磁控溅射的工作气体或等离子清洗的反应气体。

在其中一个实施例中，所述抽气单元包括：

真空泵组，用于抽取所述处理腔室内的气体至大气中；

第二法兰，用于连接所述真空泵组和所述处理腔室。

在其中一个实施例中，所述离子溅射仪还包括机台架模块，与所述处理腔室的外壁固定连接，用于容纳所述气体调节模块。

在其中一个实施例中，所述离子溅射仪还包括触控模块，分别与所述气体调节模块、所述磁控溅射模块和所述等离子清洗模块电连接，用于控制所述气体调节模块、所述磁控溅射模块和所述等离子清洗模块的运行状态。

在其中一个实施例中，所述处理腔室的侧壁上设有贯穿所述侧壁的观察孔，所述离子溅射仪还包括观察窗，所述观察窗为透明结构，所述观察窗覆盖所述观察孔，且与所述处理腔室固定连接。

上述离子溅射仪，包括：处理腔室，用于容纳样品；气体调节模块，与所述处理腔室连通，用于监测和调节所述处理腔室内的压强；磁控溅射模块，与所述处理腔室连通，用于对所述样品进行磁控溅射沉积以在所述样品表面形成导电膜层；等离子清洗模块，与所述处理腔室连通，用于对所述样品进行等离子清洗。本实用新型通过磁控溅射模块提高了靶材的溅射速率和降低离子轰击，并通过等离子清洗模块去除样品表面的有机污染物，从而提高了样品的成像质量。

附图说明

图1为一实施例的离子溅射仪的结构示意图；

图2为一实施例的离子溅射仪的主视图；

图3为图2实施例的离子溅射仪的俯视图；

图4为图2实施例的离子溅射仪的左视图。

元件标号说明：

处理腔室：100；上盖：110；腔体：120；上盖铰链130；气体调节模块： 200；压强监测单元：210；第二法兰：221；送气单元：230；磁控溅射模块： 300；磁控电源：320；等离子清洗模块：400；射频离子源：410；射频电源： 420；第一法兰：430；机台架模块：500；触控模块：600；观察窗：700

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“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元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“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。

图1为一实施例的离子溅射仪的结构示意图，如图1所示，在本实施例中，离子溅射仪包括处理腔室100、气体调节模块200、磁控溅射模块300和等离子清洗模块400。

处理腔室100，用于容纳样品。

具体地，处理腔室100内设有样品架，样品架与处理腔室100为可拆卸连接，在对样品进行处理前，先将样品固定在样品架上，再将样品架放置于处理腔室100中，从而便于对样品进行更换和处理。进一步地，样品架有多个尺寸，以适配不同尺寸的样品，从而提高离子溅射仪的应用灵活性。

气体调节模块200，与处理腔室100连通，用于监测和调节处理腔室100内的压强。

具体地，样品进行磁控溅射和等离子清洗时，对样品所在的气体氛围具有较高的要求，可以理解的是，若处理腔室100内的压强过高，会大大影响磁控溅射和等离子清洗的处理效果，因此，需要实时监测处理腔室100内的压强，从而提高处理效果。

磁控溅射模块300，与处理腔室100连通，用于对样品进行磁控溅射沉积以在样品表面形成导电膜层。

具体地，磁控溅射是通过在靶材表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束，从而提高气体的离化率的溅射方法。相较于传统的二极溅射方法，本实施例的磁控溅射模块300能够提高溅射效率，而且不会使样品产生温升现象，从而使样品表面沉积的导电膜层更加细腻，改善了SEM在更大倍率下的成像效果。因此，本实施例的磁控溅射模块300适用于各种不同型号的高倍率场发射扫描电子显微镜和需要微区操作的聚焦离子束扫描电子显微镜。

等离子清洗模块400，与处理腔室100连通，用于对样品进行等离子清洗。

具体地，等离子清洗是指，处理气体在一定作用下形成等离子体，部分呈电中性的等离子体与样品表面残留的有机污染物发生化学反应，从而去除有机污染物的样品清洗方法，其中，处理气体可以为氧气。可以理解的是，进行SEM 测试时，二次电子会与样品表面残留的有机污染物分子相接触，并将有机污染物分解为碳氢化合物或烃，即造成碳沉积现象，碳沉积现象会抑制二次电子的产率，从而影响样品的成像。因此，本实施例的等离子清洗模块400可以有效防止碳沉积现象，从而改善SEM的成像效果。

本实施例的离子溅射仪包括处理腔室100、气体调节模块200、磁控溅射模块300和等离子清洗模块400，本实施例通过磁控溅射模块300提高了靶材的溅射均匀性，并通过等离子清洗模块400去除样品表面的有机污染物，从而提高了样品表面的成膜均匀性。而且，本实施例将磁控溅射模块300和等离子清洗模块400集成于同一设备中，并共用同一处理腔室100，因此，还可以减少更换处理设备和形成气体氛围的时间，从而提高了磁控溅射和等离子清洗的处理效率。

具体地，使用本实施例的离子溅射仪时，可以对样品进行磁控溅射或等离子清洗中的一种，也可以按照设定的顺序依次对样品进行磁控溅射和等离子清洗，还可以同时对样品进行磁控溅射和等离子清洗，从而提高了对样品的处理灵活性。

图2为一实施例的离子溅射仪的主视图，图3为图2实施例的离子溅射仪的俯视图，图4为图2实施例的离子溅射仪的左视图。如图2至图4所示，本实施例的处理腔室100包括活动连接的上盖110和腔体120，上盖110和腔体 120为活动连接，从而便于更换放置于处理腔室100中的样品，进行磁控溅射或等离子清洗时，上盖110和腔体120相盖合，并共同构成密闭的处理环境。

在一示例中，上盖110和腔体120通过上盖铰链130活动连接，从而实现上盖110的灵活开启，在其他实施例中，上盖110和腔体120还可以通过卡扣、磁吸等结构活动连接。需要说明的是，本实施例不具体限定处理腔室100的形状，可以为但不局限于圆柱形、长方体等，而且，还可以根据待处理的样品的尺寸选择相应的处理腔室100的尺寸，例如可以为30cm×30cm×30cm，也可以为1m×1m×1m。

在一实施例中，磁控溅射模块300包括磁控溅射靶材和磁控电源320。

磁控溅射靶材(图未示)，固定于上盖110朝向腔体120一侧的内壁上，用于提供磁控溅射的材料。

具体地，磁控溅射靶材，磁控溅射靶材可以为金属靶材、陶瓷靶材或和合金靶材，在SEM测试中，通常采用金或铂的金属靶材，从而在样品表面形成金导电膜层或铂导电膜层。磁控溅射靶材与上盖110为可拆卸连接，从而便于更换新的或不同材料的磁控溅射靶材。进一步地，磁控溅射靶材应具有较好的表面粗糙度、成分均匀性，从而提高磁控溅射的成膜均匀性。

磁控电源320，与磁控溅射靶材连接，用于为磁控溅射靶材供电。

具体地，磁控电源320为直流磁控电源320，并通过电源线连接至磁控溅射靶材，从而为磁控溅射靶材供电，以使磁控溅射靶材带电，从而释放出电子。

进一步地，在本实施例的磁控溅射模块300还包括磁铁，用于在磁控溅射靶材表面形成磁场，从而与磁控溅射靶材和阳极之间形成的高压电场相配合工作。在本实施例中，先利用气体调节模块200调节处理腔室100中的压强，以使处理腔室100中形成需要的气体氛围，再对磁控溅射靶材和阳极通电，则从磁控溅射靶材发出的电子会使处理腔室100中的反应气体分子发生电离，在磁场的作用下，反应气体的离子会高速冲击磁控溅射靶材，从而轰击出溅射材料的原子或分子，溅射出的原子或分子沉积在样品表面，从而形成导电膜层。在本实施例中，磁场还可以有效地提高电子撞击工艺气体产生离子的概率，从而提高了磁控溅射模块300的处理效率。

在一实施例中，等离子清洗模块400包括射频离子源410和射频电源420。

射频离子源410，与处理腔室100连通，用于产生等离子体。

射频电源420，与射频离子源410连接，用于为射频离子源410供电。

具体地，在本实施中，射频离子源410与处理腔室100的侧壁连通，从而使处理腔室100内产生高能量的等离子体，射频电源420通过设备内部走线的电源线连接至射频离子源410，从而为射频离子源410供电。

在本实施例中，先利用气体调节模块200调节处理腔室100中的压强，以使处理腔室100中形成需要的气体氛围；再对射频离子源410通电，则射频离子源410会使处理腔室100中的反应气体分子发生反应从而产生等离子体，生成的等离子体会不断地高速冲击样品表面，并与样品表面的有机污染物发生反应，同时生成一氧化碳、二氧化碳、水等气体；在完成等离子清洗后，再利用气体调节模块200将上述一氧化碳、二氧化碳、水等气体排出，从而实现对样品进行等离子清洗的目的。在本实施例中，等离子清洗不仅可以改善样品表面的碳沉积，还可以改善样品表面的接触性能，例如湿润性能、粘附性等，以提升磁控溅射形成的导电膜层在样品表面的稳定性，有效防止导电膜层的脱落，提高了SEM成像的分辨率和衬度，从而改善了SEM成像的准确性。

在一实施例中，参考图2，等离子清洗模块400还包括第一法兰430，设于射频离子源410和处理腔室100之间，用于连通射频离子源410和处理腔室100。需要说明的是，本实施例不具体限定第一法兰430的尺寸，只需第一法兰430 与射频离子源410和处理腔室100相匹配，能够实现射频离子源410和处理腔室100之间的稳定连接即可。

在一实施例中，气体调节模块200包括压强检测单元、抽气单元和送气单元230，气体调节模块200既可以用于磁控溅射的处理过程，也可以用于等离子清洗的处理过程。

压强监测单元210，设于处理腔室100中，用于监测处理腔室100内的压强。在一示例中，压强检测单元为真空规。

抽气单元，与处理腔室100连通，用于抽取处理腔室100内的气体，以提高处理腔室100内的压强。

具体地，在一示例中，抽气单元包括真空泵组(图未示)和第二法兰221，真空泵组用于抽取处理腔室100内的气体至大气中，第二法兰221用于连通真空泵组和处理腔室100。其中，真空泵组可以为低真空泵组，也可以为高真空泵组，例如高真空泵组可以为机械泵和分子泵的组合，在对处理腔室100进行抽气时，先使用机械泵抽气，机械泵的抽气速度快、效率高，但抽气真空度低，因此当使用机械泵抽气至处理腔室100达到设定的压强后，则使用分子泵继续对处理腔室100进行抽气，从而使处理腔室100中的压强进一步降低，本示例中的真空泵组可以使处理腔室100实现快速达到高真空度环境，从而提高处理效率。

送气单元230，与处理腔室100连通，用于提供磁控溅射的工作气体或等离子清洗的反应气体。

具体地，送气单元230可以包括多种不同气体的气源，每个气源都连通至处理腔室100，且每个气源与处理腔室100的连接通路上都设有开关结构，多种不同气体可以包括氧气、氩气、氮气等，还可以包括其他的反应气体或惰性气体，以适应不同的磁控溅射处理和等离子清洗处理的样品，从而提高本实施例的离子溅射仪的灵活性。

在本实施例中，通过采用同一套抽气单元抽真空，采用同一套送气单元230 通入反应气体，并采用同一套压强监测单元210表征压强，从而解决了目前已有的相关系统由于结构复杂、通用性不强，所导致的样品前处理成本高昂的问题。

在一实施例中，如图4所示，离子溅射仪还包括机台架模块500，与处理腔室100的外壁固定连接，用于容纳气体调节模块200，还用于容纳磁控电源320、射频电源420等结构，从而降低了各个模块或电源结构外露导致损坏的风险。进一步地，机台架模块500的底部可以安装轮子结构，以提高离子溅射仪的可移动性，随时找到民用电源接通后即可运行，从而实现了更加便携的离子溅射仪。

在一实施例中，如图3所示，离子溅射仪还包括触控模块600，与气体调节模块200、磁控溅射模块300和等离子清洗模块均电连接，用于控制气体调节模块200、磁控溅射模块300和等离子清洗模块的运行状态。在本实施例中，触控模块600设于机台架模块500的靠近处理腔室100一侧的表面，在其他实施例中，触控模块600也可以设置于处理腔室100的表面或设置于机台架模块500 的侧面上。在本实施例中，由触控系统控制磁控溅射模块300和等离子清洗模块400的真空获得及破空、气源流量及启停、气压、电源功率及启停等操作，实现了更加直观、简洁的控制方式。

在一实施例中，如图2所示，处理腔室100的侧壁上设有贯穿侧壁的观察孔，离子溅射仪还包括观察窗700，观察窗700为透明结构，观察窗700覆盖观察孔，且与处理腔室100固定连接。在本实施例中，操作人员可以通过观察窗 700观测处理腔室100内的样品，以及时获悉磁控溅射处理或等离子清洗处理的运行情况，从而提高了离子溅射仪的操作便利性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种离子溅射仪，其特征在于，包括：

处理腔室，用于容纳样品；

气体调节模块，与所述处理腔室连通，用于监测和调节所述处理腔室内的压强；

磁控溅射模块，与所述处理腔室连通，用于对所述样品进行磁控溅射沉积以在所述样品表面形成导电膜层；

等离子清洗模块，与所述处理腔室连通，用于对所述样品进行等离子清洗。

2.根据权利要求1所述的离子溅射仪，其特征在于，所述处理腔室包括活动连接的上盖和腔体，磁控溅射模块包括：

磁控溅射靶材，固定于所述上盖朝向所述腔体一侧的内壁上，用于提供磁控溅射的材料；

磁控电源，与所述磁控溅射靶材连接，用于为所述磁控溅射靶材供电。

3.根据权利要求2所述的离子溅射仪，其特征在于，所述离子溅射仪还包括：

上盖铰链，用于活动连接所述上盖和所述腔体。

4.根据权利要求1所述的离子溅射仪，其特征在于，所述等离子清洗模块包括：

射频离子源，与所述处理腔室连通，用于产生等离子体；

射频电源，与所述射频离子源连接，用于为所述射频离子源供电。

5.根据权利要求4所述的离子溅射仪，其特征在于，所述等离子清洗模块还包括第一法兰，用于连接所述射频离子源和所述处理腔室。

6.根据权利要求1所述的离子溅射仪，其特征在于，所述气体调节模块包括：

压强监测单元，设于所述处理腔室中，用于监测所述处理腔室内的压强；

抽气单元，与所述处理腔室连通，用于抽取所述处理腔室内的气体，以提高所述处理腔室内的压强；

送气单元，与所述处理腔室连通，用于提供磁控溅射的工作气体或等离子清洗的反应气体。

7.根据权利要求6所述的离子溅射仪，其特征在于，所述抽气单元包括：

真空泵组，用于抽取所述处理腔室内的气体至大气中；

第二法兰，用于连接所述真空泵组和所述处理腔室。

8.根据权利要求1所述的离子溅射仪，其特征在于，所述离子溅射仪还包括机台架模块，与所述处理腔室的外壁固定连接，用于容纳所述气体调节模块。

9.根据权利要求1所述的离子溅射仪，其特征在于，所述离子溅射仪还包括触控模块，分别与所述气体调节模块、所述磁控溅射模块和所述等离子清洗模块电连接，用于控制所述气体调节模块、所述磁控溅射模块和所述等离子清洗模块的运行状态。

10.根据权利要求1所述的离子溅射仪，其特征在于，所述处理腔室的侧壁上设有贯穿所述侧壁的观察孔，所述离子溅射仪还包括观察窗，所述观察窗为透明结构，所述观察窗覆盖所述观察孔，且与所述处理腔室固定连接。

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