專利名稱：多對(duì)靶薄膜濺射儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及濺射技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
專利號(hào)為86204865.6、發(fā)明名稱為《多用對(duì)向靶濺射儀》和專利號(hào)為90224243.1、發(fā)明名稱為《溫度可控型雙對(duì)靶新型薄膜濺射儀》的兩項(xiàng)專利分別公開了單對(duì)靶和雙對(duì)靶的薄膜濺射儀，雖然它具有比其它濺射方法獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但隨著薄膜技術(shù)發(fā)展的要求，尤其是在制備超薄多層人工格，在線制備保護(hù)膜和過度層以及制備多元合金多層連續(xù)介質(zhì)膜、顆粒膜以及有多層膜組成的磁傳感器件等，其功能尚存不足。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種能在線制備各種材質(zhì)的單層膜或多層膜，成膜速度快、均勻性好，厚度可控的多對(duì)靶薄膜濺射儀。
本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種多對(duì)靶薄膜濺射儀，在濺射真空室內(nèi)設(shè)置有至少三對(duì)靶及靶頭，所述各對(duì)靶之間設(shè)置有非磁性金屬隔離板，所述濺射真空室的上蓋或下蓋與所述各靶頭連接處設(shè)置有波紋管，所述濺射真空室內(nèi)設(shè)置有基板架，所述基板架上設(shè)置有基板，所述基板架的外圍設(shè)置有與基板架同心的帶有側(cè)孔的套筒，所述濺射真空室的上端蓋上設(shè)置有真空室的開啟機(jī)構(gòu)。
所述基板架與第一電機(jī)連接，所述套筒與第二電機(jī)連接，所述第一電機(jī)、第二電機(jī)分別與微控制器連接。
所述每對(duì)靶頭之間設(shè)置有間距調(diào)節(jié)裝置。
所述基板架為多面體。
所述基板架上設(shè)置有基板加熱器。
所述濺射真空室的側(cè)面設(shè)置有觀察窗。
所述濺射真空室的側(cè)面設(shè)置有真空排氣管道。
所述濺射真空室的側(cè)面設(shè)置有充氣閥。
所述濺射真空室的側(cè)面設(shè)置有射頻濺射靶。
本實(shí)用新型具有下述有益效果使用本實(shí)用新型的裝置，能在線制備各種材質(zhì)的單層膜或多層膜，成膜速度快、均勻性好，厚度可控，而且制膜簡(jiǎn)單方便。


圖1為本實(shí)用新型濺射真空室的正面剖面圖；圖2為本實(shí)用新型濺射真空室的俯視剖面圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
本實(shí)用新型濺射真空室的正面剖面圖和俯視剖面圖分別如圖1和圖2所示，濺射真空室的直徑為500-800mm的圓柱體形，在圓形真空室內(nèi)與距上、下蓋中心半徑為200-210mm的圓周等分位置相對(duì)應(yīng)的位置上安裝端面為圓形的靶頭1，靶頭由水冷管2，水冷室3，靶4，靶罩5，磁鐵6，每對(duì)靶的兩靶頭之間設(shè)置有間距調(diào)節(jié)裝置，可在施加電高壓狀態(tài)下進(jìn)行靶頭上、下相對(duì)距離的調(diào)節(jié)，而不破壞真空室的真空狀態(tài)。在本實(shí)用新型中，可調(diào)節(jié)裝置由調(diào)節(jié)裝置的固定支架7、調(diào)節(jié)裝置與靶固定的有內(nèi)螺紋的連接滑塊19和有外螺紋的調(diào)節(jié)裝置的螺桿20組成。也可以采用其它形式的間距調(diào)節(jié)裝置。除靶罩外，靶頭與濺射真空室絕緣封接。根據(jù)濺射的需要可以安裝三對(duì)、四對(duì)、五對(duì)或更多對(duì)靶，并用非磁性金屬隔離板14將每對(duì)相鄰的對(duì)靶隔開，用于防止各對(duì)靶在同時(shí)進(jìn)行濺射時(shí)的相互干擾。這樣既可以使各對(duì)靶同時(shí)實(shí)現(xiàn)濺射，也可使每對(duì)靶單獨(dú)進(jìn)行濺射。
為了使濺射真空室的真空狀態(tài)在靶頭移動(dòng)過程中不被破壞，在濺射真空室上蓋或下蓋與靶頭連接處設(shè)置有波紋管18，波紋管的一端與濺射真空室的上蓋或下蓋密封連接，另一端與靶頭留在濺射真空室外側(cè)的部分密封連接，從而實(shí)現(xiàn)在密封狀態(tài)下，對(duì)靶頭沿其軸向的相對(duì)位置調(diào)節(jié)。
在濺射真空室的中心位置裝有基板架即轉(zhuǎn)鼓8，為了提高生產(chǎn)效率，轉(zhuǎn)鼓為多面體，在轉(zhuǎn)鼓的每一個(gè)面上自由裝卸供濺射用的基片。根據(jù)濺射真空室的空間的情況，轉(zhuǎn)鼓可以是六面體、七面體、八面體等。在真空室內(nèi)與轉(zhuǎn)鼓同心的外圍裝有自由旋轉(zhuǎn)的金屬套筒9，在金屬套筒9上開有一個(gè)側(cè)孔。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，轉(zhuǎn)鼓通過濺射真空室的上蓋的中心部位與外界的第一電機(jī)連接，第一電機(jī)可以是伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，套筒通過真空室的下蓋的中心位置與外部的第二電機(jī)連接，第二電機(jī)可以是伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)。第一電機(jī)和第二電機(jī)分別與微控制器連接，通過微控制器控制上述兩組電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓和套筒之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)鼓上的一個(gè)基片和套筒上的側(cè)孔相重合，并與某一個(gè)對(duì)向靶間產(chǎn)生的等離子體相對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)等離子體濺射。在該位置上的停留時(shí)間長(zhǎng)短均有微控制器來控制，待濺射完畢后，通過微控制器將同一塊基片和套筒的側(cè)孔轉(zhuǎn)到與另一對(duì)靶的等離子體區(qū)相對(duì)應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)新一層薄膜的濺射。重復(fù)上述操作可實(shí)現(xiàn)不同靶位的多層薄膜的制備。在轉(zhuǎn)鼓的多面體之一的部位裝有基板加熱器，可對(duì)基板根據(jù)需要進(jìn)行加熱，最高加熱溫度為800℃。
在圓形濺射真空室的側(cè)面裝有射頻濺射靶16，該射頻濺射靶可與多面體轉(zhuǎn)鼓的任何一個(gè)面上所裝的基片相對(duì)應(yīng)，可進(jìn)行射頻濺射，從而除了導(dǎo)電體靶材以外，還可以進(jìn)行絕緣靶材的濺射。
在圓形濺射真空室的側(cè)面開有一個(gè)可裝配激光器的窗口17，該位置可實(shí)現(xiàn)激光束照射到射頻靶頭的靶面上，使蒸發(fā)出的成膜粒子落到多面體轉(zhuǎn)鼓的其中任何一個(gè)基片上進(jìn)行激光蒸發(fā)法制備薄膜。
在濺射真空室的圓柱體側(cè)面還分別裝有三個(gè)觀察窗10、真空排氣通道11、用于施加偏壓和測(cè)溫引線及加熱引線使用四電極引線法蘭12、兩個(gè)充氣閥門13，通過兩個(gè)充氣閥門可同時(shí)充入兩種氣體，氣體的流量分別由精密質(zhì)量流量計(jì)控制。為了防止觀察窗被濺射，每個(gè)觀察窗裝有擋板及其控制開關(guān)21。在真空室的上蓋裝有濺射真空室的開啟機(jī)構(gòu)15，以實(shí)現(xiàn)濺射真空室的開閉和基片的取、換。本實(shí)用新型的濺射真空室的開啟機(jī)構(gòu)通過渦輪渦桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
在使用時(shí)，將各對(duì)靶頭分別與電源的負(fù)極連接，電源的正極可以接地，也可以與濺射真空室的外殼連接。各對(duì)靶可同時(shí)在各自直流或射頻電源作用下，同時(shí)起輝，建立起各自的等離子區(qū)，每對(duì)靶的等離子區(qū)通過調(diào)節(jié)電源的電壓、電流值，實(shí)現(xiàn)各對(duì)靶的在不同功率下的濺射。利用微控制器控制轉(zhuǎn)鼓和轉(zhuǎn)鼓外的套筒與各對(duì)靶等離子區(qū)的對(duì)應(yīng)位置及在該位置上的停留時(shí)間不同制備出所需要的單層或多層薄膜。
制備各種膜的操作如下1、單層和不同材質(zhì)的多層調(diào)制結(jié)構(gòu)薄膜的制備A、B、C，D四種靶材分別安裝在四對(duì)靶的靶頭上，濺射真空室的真空進(jìn)入狀態(tài)后起輝濺射，根據(jù)設(shè)計(jì)層厚度要求，由微控制器控制轉(zhuǎn)鼓使基片停留在不同的靶位位置上，控制停留時(shí)間和每對(duì)靶的起輝的濺射功率的不同，實(shí)現(xiàn)多層膜的濺射。
2、襯底膜和保護(hù)膜的制備在任一組對(duì)象靶頭上裝上做襯底膜的靶材或保護(hù)膜的靶材以及主介質(zhì)膜的靶材。對(duì)一般介質(zhì)材料，如磁盤等需在主介質(zhì)膜前后鍍上襯底和護(hù)膜層。用電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝有基片的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)，停留在所需的某對(duì)靶等離子區(qū)前，用微控制器控制在該位置上的停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的膜厚的濺射。從而可以實(shí)現(xiàn)任何不同材質(zhì)和厚度組成的多層膜的制備。
3、TMR(GMR)器件的制備。
選擇所需的靶材組合，利用上面2的工藝操作方法，通過微控制器對(duì)轉(zhuǎn)鼓與對(duì)象靶靶位的控制和在該靶位上停留的時(shí)間控制，即可實(shí)現(xiàn)TMR(GMR)的制備。
4、顆粒膜的制備將所需制備的顆粒膜的靶材A和母體的靶材B裝在各自的對(duì)靶靶頭上，通過上述2的工藝操作使A和B兩種材質(zhì)濺射在同一塊基片，濺射完畢后，將該塊濺射后的基片進(jìn)行熱處理實(shí)現(xiàn)顆粒膜的制備。也可在上述濺射的同時(shí)，對(duì)基板加熱所需的溫度，也能制成顆粒薄膜。
5、軟X射線光學(xué)金屬多層膜的制備將擬制的不同材料的靶材裝在不同的對(duì)向靶頭上，用微控制器控制轉(zhuǎn)鼓和套筒，將轉(zhuǎn)鼓上的基片分別停留在各個(gè)對(duì)靶的等離子體區(qū)的位置上，同時(shí)控制在該位置上的停留時(shí)間，不斷改變轉(zhuǎn)鼓上基板與對(duì)靶等離子體的組合位置，即可制備出金屬多層膜。每層金屬薄膜的厚度可通過停留的時(shí)間和調(diào)節(jié)等離子體的濺射功率來實(shí)現(xiàn)。
6、反應(yīng)濺射向?yàn)R射真空室內(nèi)通入濺射氣的同時(shí)，在通入反應(yīng)氣體，如O2，N2和含C的氣體，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)濺射制成各種金屬的氧化物，氮化物和碳化物薄膜材料。
7、絕緣體薄膜的制備用該裝置上的射頻濺射靶可進(jìn)行絕緣體薄膜的材料的制備。
8、脈沖激光法制備薄膜材料利用該濺射真空室側(cè)面的激光窗口將濺射真空室外的激光器發(fā)射的激光束導(dǎo)入濺射真空室內(nèi)部，使之照射射頻靶頭上裝配的靶材進(jìn)行激光蒸發(fā)，蒸發(fā)的物質(zhì)可沉積在多面體轉(zhuǎn)鼓上的任何一面上安裝的基板上，從而實(shí)現(xiàn)各種材質(zhì)的激光蒸發(fā)薄膜的制備。
盡管參照實(shí)施例對(duì)所公開的涉及一種多對(duì)靶薄膜濺射儀進(jìn)行了特別描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解，在不偏離本實(shí)用新型的范圍和精神的情況下，可以對(duì)它進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的種種顯而易見的修改。因此，以上描述的實(shí)施例是說明性的而不是限制性的，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，所有的變化和修改都在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種多對(duì)靶薄膜濺射儀，在濺射真空室內(nèi)設(shè)置有至少三對(duì)靶及靶頭，所述各對(duì)靶之間設(shè)置有非磁性金屬隔離板，其特征是，所述濺射真空室的上蓋或下蓋與所述各靶頭連接處設(shè)置有波紋管，所述濺射真空室內(nèi)設(shè)置有基板架，所述基板架上設(shè)置有基板，所述基板架的外圍設(shè)置有與基板架同心的帶有側(cè)孔的套筒，所述濺射真空室的上端蓋上設(shè)置有真空室的開啟機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多對(duì)靶薄膜濺射儀，其特征是，所述基板架與第一電機(jī)連接，所述套筒與第二電機(jī)連接，所述第一電機(jī)、第二電機(jī)分別與微控制器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多對(duì)靶薄膜濺射儀，其特征是，所述每對(duì)靶頭之間設(shè)置有間距調(diào)節(jié)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多對(duì)靶薄膜濺射儀，其特征是，所述基板架為多面體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多對(duì)靶薄膜濺射儀，其特征是，所述基板架上設(shè)置有基板加熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多對(duì)靶薄膜濺射儀，其特征是，所述濺射真空室的側(cè)面設(shè)置有觀察窗。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多對(duì)靶薄膜濺射儀，其特征是，所述濺射真空室的側(cè)面設(shè)置有真空排氣管道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多對(duì)靶薄膜濺射儀，其特征是，所述濺射真空室的側(cè)面設(shè)置有充氣閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多對(duì)靶薄膜濺射儀，其特征是，所述濺射真空室的側(cè)面設(shè)置有射頻濺射靶。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多對(duì)靶薄膜濺射儀，在濺射真空室內(nèi)設(shè)置有至少三對(duì)靶及靶頭，所述各對(duì)靶之間設(shè)置有非磁性金屬隔離板，所述濺射真空室的上蓋或下蓋與所述各靶頭連接處設(shè)置有波紋管，所述濺射真空室內(nèi)設(shè)置有基板架，所述基板架上設(shè)置有基板，所述基板架的外圍設(shè)置有與基板架同心的帶有側(cè)孔的套筒，所述濺射真空室的上端蓋上設(shè)置有真空室的開啟機(jī)構(gòu)。所述基板架與第一電機(jī)連接，所述套筒與第二電機(jī)連接，所述第一電機(jī)、第二電機(jī)分別與微控制器連接。所述每對(duì)靶頭之間設(shè)置有間距調(diào)節(jié)裝置。所述基板架為多面體。使用本實(shí)用新型的裝置，能在線制備各種材質(zhì)的單層膜或多層膜，成膜速度快、均勻性好，厚度可控，而且制膜簡(jiǎn)單方便。
文檔編號(hào)C23C14/34GK2666927SQ20032013096
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者姜恩永, 白海力, 吳萍, 李志青, 何柏巖 申請(qǐng)人:天津大學(xué)