CN2399400Y - 离子束溅射镀膜机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种离子束溅射镀膜装置。由镀膜室、离子枪、旋转靶、衬底夹持架等组成,镀膜室为圆筒形,离子枪位于镀膜室顶部,镀膜室中部倾斜45°角安装旋转把,离子枪引出栅轴心线与旋转把一面靶材中心点位于同一垂直轴线上,镀膜室中部同一高度向右侧安装衬底夹持架,在其上样品表面与反射束流方向垂直,离子枪与旋转靶及旋转靶与衬底夹持架间装有档板,镀膜室底部与真空抽气装置连接。它操作方便,镀膜质量高,用于制备X射线、软X射线光学超薄多层膜。

Description

离子束溅射镀膜机

本实用新型涉及短光波段多层膜制作，具体地说是一种离子束溅射镀膜装置。

现有技术中，在X射线、软X射线等短光波段开展多层膜研究，仅有近20年的历史。国家一批高科技项目，诸如，X射线激光同步辐射应用、光刻、X射线显微技术等对薄膜元件提出了愈来愈高的要求，但目前在X射线、软X射线等短光波段开展多层膜的研究中还没有一台我国自己的产品，在膜的制作上常用多种溅射和蒸发方法，如磁控溅射镀膜机，能量大，镀膜快，可实现低温高速；再如电子束蒸发装置，可大面积镀膜，适用于高熔点的金属材料镀膜，但它们均不易做到超薄。

本实用新型的目的是提供一种工艺简单，操作方便，镀膜质量高，用于制备X射线、软X射线光学超薄多层膜的离子束溅射镀膜机。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：由镀膜室、离子枪、旋转靶、衬底夹持架、真空抽气装置和安装机架组成，其中：所述镀膜室为圆筒形真空室，位于安装机架上，所述离子枪接有电源，安装于镀膜室顶部法兰上，在镀膜室中部通过一向后设置的法兰接管倾斜45°角安装一4工位水冷旋转把，所述离子枪引出栅轴心线与旋转把一面靶材中心点位于同一垂直轴线上，离子束流相对于旋转靶靶面入射角为45°角，在旋转靶靶面反射角45°方向，即与离子枪轴线成90°角垂直方向，并与旋转靶靶材中心点位于同一平面上；在镀膜室中部同一高度向右侧开设的法兰接管上安装一衬底夹持架，在衬底夹持架上夹持的样品表面与反射束流方向垂直，所述离子枪与旋转靶及旋转靶与衬底夹持架之间装有档板；在镀膜室底设有抽气口，与真空抽气装置连接；

所述衬底夹持架为旋转式，其上设有加热和冷却器，其底部分别装有膜厚测试探头、样品档板；所述真空抽气装置由液氮冷阱、涡轮分子泵和插板阀组成，所述镀膜室于抽气口处通过插板阀与液氮冷阱连接，接自前级机械泵的涡轮分子泵安装在液氮冷阱下面；所述旋转靶可装四种不同靶材。

本实用新型具有如下优点：

1.具有制备多层膜功能。本实用新型四位水冷转靶，可放置4种不同靶材，用以制备X射线、软X射线光学多层膜。

2.镀膜质量高。本实用新型所采用的离子枪(Kaufman源)与放置样品的衬底夹持架成L形布置，保证了膜层厚度均匀性，减少了溅射对衬底的污染，膜层质量好，衬底温度低。

3.具有膜层厚度控制功能。本实用新型在衬底支架上的膜厚测试水冷晶振探头可随时监控膜层厚度，用计算机控制旋转靶档板及支架档板保证了制备多层膜周期准确，界面清楚，膜厚可控制精度到数量级。

4.应用范围广泛。本实用新型制备的薄膜不仅结构紧密、均匀、附着力强，而且具有离子束的能量、方向、电流密度，可以独立调节及溅射真空室与离子源压差不同等特点，使之镀膜过程容易控制，束率稳定，准直性好，束斑面积大，能量低，束流密度低，但均匀性好，所以具有广泛的应用前景，它可制备耐高温氧化、耐腐蚀、耐热、导电、高导热性、化学稳定性、高强度、高硬度等各种薄膜，由于它的薄膜处理功能齐全，可镀制各种材料的单层膜、多层膜、交替薄膜、成份调制及反应溅射等各种固体薄膜，所以在光学元器件中，材料改性，大面积微电子器件传感器薄膜等方面均有广泛的应用价值。

5.工艺简单，操作方便。使用本实用新型不需要任何前处理工艺，工艺简单易行，连续运转，性能稳定可靠，维修方便。

附图说明：

图1为本实用新型结构示意图。

下面结合附图对本实用新型结构及工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，由镀膜室1、离子枪2、旋转靶3、衬底夹持架4、真空抽气装置5和安装机架6组成，其中：所述镀膜室1为一φ圆筒形真空室，位于安装机架6上，所述离子枪2 Kaufman型接有电源，安装于镀膜室1顶部法兰上，采用氟柏胶圈密封，在镀膜室1中部350mm处通过一向后设置的法兰接管倾斜45°角安装一4工位水冷旋转把3，所述离子枪2引出栅轴心线与旋转把3一面靶材中心点位于同一垂直轴线上，距离为250mm，离子束流相对于旋转靶3靶面入射角为45°角，在旋转靶3靶面反射角45°方向，即与离子枪轴线成90°角垂直方向，并与旋转靶3靶材中心点位于同一平面上；在镀膜室1中部同一高度350mm处向右侧开设的法兰接管φ150上安装一衬底夹持架4，在衬底夹持架4上夹持的样品表面与反射束流方向垂直，用于接收被溅射的靶材粒子沉积在样品上成膜，所述离子枪2与旋转靶3及旋转靶3与衬底夹持架4之间装有档板；在镀膜室1底设有法兰抽气口，与真空抽气装置6连接。

所述衬底夹持架4为旋转式，其上设有加热和冷却器，可以对样品加热，也可以对样品通过水冷却，其底部分别装有水冷石英晶体振荡膜厚测试探头41、样品档板42；所述真空抽气装置5由液氮冷阱51、涡轮分子泵52和插板阀53组成，所述镀膜室1于抽气口处通过闸板阀53与液氮冷阱51连接，接自前级机械泵2XZ-4的涡轮分子泵450 1/s 52安装在液氮冷阱51下面，用于抽气；所述旋转靶3可装四种不同靶材，其靶材尺寸为110×90mm²。

实施本实用新型能满足以下指标：

引出栅离子束直径≥φ60mm

离子流密度  ～1mA/cm²

离子束均匀性好，在常用溅射条件下(离子束流密度～1mA/cm²)时，束流中心与边缘之差±5％，束流密度可随时检测

离子束能量：300ev～1500ev，连续可调

在低溅射速率(1～数/分)下，可连续工作100小时

最大离子束流：80mA

工作真空度：(4～8)×10^-4Torr

本实用新型的工作原理如下：

当真空泵将镀膜室1的真空度抽到10^-4Pa时，通过质量流量控制器MFC由离子枪2头部进气阀通入Ar气，这时离子枪2各电源分别通电，灯丝通电预热，利用热阴极发射出电子，在电场作用下轰击中性气体原子，使其Ar气电离，产生等离子体，等离子中正离子被负加速电压作用引出加速极，由中和极所提供的电子使引出离子束中和。由于磁场的存在，可以维持在较低气压(～×10^-2Pa)下的放电，离子经历产生、复合或加速等过程构成束流。被离子枪2产生的束流以45°入射角直接打到旋转靶3的靶材上，将靶材上的粒子、原子、分子等溅射出来，并以45°反射角方向直接飞向衬底夹持架4上的样品表面而制备成膜。

本实用新型所述旋转靶3由计算机控制旋转，其电路控制部分为现有技术。

Claims (4)

1.一种离子束溅射镀膜机，其特征在于：由镀膜室(1)、离子枪(2)、旋转靶(3)、衬底夹持架(4)、真空抽气装置(5)和安装机架(6)组成，其中：所述镀膜室(1)为圆筒形真空室，位于安装机架(6)上，所述离子枪(2)接有电源，安装于镀膜室(1)顶部法兰上，在镀膜室(1)中部通过一向后设置的法兰接管倾斜45°角安装一4工位水冷旋转把(3)，所述离子枪(2)引出栅轴心线与旋转把(3)一面靶材中心点位于同一垂直轴线上，离子束流相对于旋转靶(3)靶面入射角为45°角，在旋转靶(3)靶面反射角45°方向，即与离子枪轴线成90°角垂直方向，并与旋转靶(3)靶材中心点位于同一平面上；在镀膜室(1)中部同一高度向右侧开设的法兰接管上安装一衬底夹持架(4)，在衬底夹持架(4)上夹持的样品表面与反射束流方向垂直，所述离子枪(2)与旋转靶(3)及旋转靶(3)与衬底夹持架(4)之间装有档板；在镀膜室(1)底设有抽气口，与真空抽气装置(6)连接。

2.按照权利要求1所述离子束溅射镀膜机，其特征在于：所述衬底夹持架(4)为旋转式，其上设有加热和冷却器，其底部分别装有膜厚测试探头(41)、样品档板(42)。

3.按照权利要求1所述离子束溅射镀膜机，其特征在于：所述真空抽气装置(5)由液氮冷阱(51)、涡轮分子泵(52)和插板阀(53)组成，所述镀膜室(1)于抽气口处通过插板阀(53)与液氮冷阱(51)连接，接自前级机械泵的涡轮分子泵(52)安装在液氮冷阱(51)下面。

4.按照权利要求1所述离子束溅射镀膜机，其特征在于：所述旋转靶(3)可装四种不同靶材。