一種激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于薄膜制備和圖案化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置，用于金屬或無(wú)機(jī)非金屬氧化物薄膜制備和圖案制作。
【背景技術(shù)】
[0002]磁控濺射是一種成熟且與半導(dǎo)體工藝相兼容的先進(jìn)薄膜制備技術(shù)，在磁控濺射制備薄膜的過(guò)程中，薄膜的圖案化是制備各種薄膜器件的關(guān)鍵技術(shù)。近年來(lái)，各種薄膜多層電子元器件，如薄膜氧傳感器以及薄膜多層陶瓷電容器(MLCC)等具有良好的市場(chǎng)潛力，相關(guān)企業(yè)和單位已投入力量進(jìn)行研發(fā)。傳統(tǒng)的光刻工藝中所使用的鉻玻璃掩膜板需要由專業(yè)供應(yīng)商提供，但在產(chǎn)品的研發(fā)環(huán)境中，掩膜板的設(shè)計(jì)通常需要經(jīng)常改變，難以適應(yīng)產(chǎn)品研發(fā)需要，另外采用傳統(tǒng)的光刻工藝進(jìn)行薄膜的圖案化，成本高且效率低，難以滿足薄膜化電子元器件的批量制備要求，因此迫切需要一種簡(jiǎn)便和低成本的薄膜圖案化的裝置。由于激光的能量密度高、掃描軌跡可精確自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，激光刻蝕技術(shù)已廣泛應(yīng)用于薄膜電阻器的調(diào)阻過(guò)程，且現(xiàn)在激光刻蝕的精度可以達(dá)到I微米甚至更小，刻蝕的速度也可以達(dá)到2~180mm2/min的速度，針對(duì)于各種薄膜電子元器件來(lái)說(shuō)，激光刻蝕的精度和速度完全可以滿足產(chǎn)品制備的需要，這為實(shí)現(xiàn)一種快速和低成本的薄膜圖案化裝置提供了可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的旨在提供一種激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合的薄膜制備和圖案化裝置，通過(guò)該裝置可以實(shí)現(xiàn)金屬或無(wú)機(jī)非金屬氧化物薄膜的快速、低成本圖案化。
[0004]本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置，其特征在于:設(shè)置包含基片臺(tái)、基片轉(zhuǎn)動(dòng)及定位裝置、真空室、磁控濺射靶槍、激光透鏡、三軸電機(jī)、激光顯微鏡、激光器、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以及真空抽氣系統(tǒng)構(gòu)成，所述的真空室的一邊中間設(shè)置玻璃透光鏡，真空室內(nèi)的玻璃透光鏡兩邊設(shè)置磁控濺射靶槍，真空室內(nèi)的玻璃透光鏡對(duì)應(yīng)面設(shè)置基片臺(tái)和基片轉(zhuǎn)動(dòng)及定位裝置，真空室外的玻璃透光鏡與激光透鏡、三軸電機(jī)、激光顯微鏡、激光器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)依次連接構(gòu)成激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置。
[0006]所述的真空室還設(shè)置真空抽氣系統(tǒng)和氣閥。
[0007]所述的激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置為激光刻蝕與磁控濺射儀集成為一體；所述的激光器為一束激光或多束激光，或者是經(jīng)計(jì)算機(jī)控制沿圖案快速循環(huán)運(yùn)行的一束激光或多束激光。
[0008]所述的激光器包括Nd = YAG激光器或0)2激光器，刻蝕的功率從0.5 W到800 W，在激光器內(nèi)集成激光顯微鏡。
[0009]所述的磁控濺射靶槍的磁控濺射電源為直流電源或是射頻電源。
[0010]所述的磁控濺射靶槍設(shè)置一把或多把。
[0011]所述的基片臺(tái)設(shè)在基片轉(zhuǎn)動(dòng)及定位裝置上。
[0012]本實(shí)用新型的工作原理:
[0013]本實(shí)用新型有機(jī)地將磁控濺射鍍膜系統(tǒng)與激光光刻系統(tǒng)結(jié)合在一起，通過(guò)在真空室基片正對(duì)面利用玻璃透光鏡和激光透鏡導(dǎo)入外置激光器發(fā)射的激光，在基片臺(tái)上設(shè)置定位系統(tǒng)，在基片臺(tái)的后面設(shè)置加熱系統(tǒng)，并在玻璃透光鏡的側(cè)面安裝可調(diào)角度的單靶或多靶磁控濺射靶槍，基片臺(tái)與真空室壁垂直，經(jīng)定位調(diào)焦后，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制三軸電機(jī)和激光運(yùn)行路徑實(shí)現(xiàn)基片臺(tái)上薄膜樣品的快速激光刻蝕。其具體操作過(guò)程過(guò)為:①在磁控濺射靶槍上安裝靶材，并在基片上安裝基片，并利用基片臺(tái)上的定位裝置與激光進(jìn)行初步定位；②將磁控濺射儀通過(guò)真空抽氣系統(tǒng)抽真空至1.0X 10_3Pa，通過(guò)氣閥充入氬氣、氧氣等濺射氣體，設(shè)定相關(guān)濺射參數(shù)，在基片上進(jìn)行薄膜沉積，在薄膜沉積的過(guò)程中可利用外置激光器發(fā)射的激光經(jīng)激光透鏡對(duì)薄膜沉積過(guò)程進(jìn)行加熱處理；③薄膜沉積完成后，先用基片臺(tái)上的定位裝置進(jìn)行初期對(duì)準(zhǔn)，然后通過(guò)集成在激光器上的高精度激光顯微鏡進(jìn)行精確對(duì)準(zhǔn)，從而完成激光器與濺射臺(tái)上的基片定位，并調(diào)節(jié)激光透鏡和三軸電機(jī)使激光焦點(diǎn)落在薄膜的正表面上將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)好的刻蝕圖形輸入激光刻蝕管理軟件，設(shè)置激光參數(shù)，如功率、運(yùn)行路徑、脈沖寬度等，啟動(dòng)激光刻蝕對(duì)薄膜進(jìn)行圖案化。
[0014]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0015](I)由于磁控濺射儀與激光刻蝕復(fù)合成一體，可以實(shí)現(xiàn)在薄膜制備完成后無(wú)需取出基片即進(jìn)行激光刻蝕，形成圖案化后無(wú)需打開(kāi)真空室即可進(jìn)行其它薄膜的沉積制備，因此薄膜器件的制備效率可以大幅提高，并可有效減少薄膜圖形化過(guò)程的污染，可以實(shí)現(xiàn)薄膜的快捷、低成本圖案化。
[0016](2)本裝置符合實(shí)驗(yàn)室研宄和工業(yè)化生產(chǎn)需求，并可在薄膜制備的過(guò)程利用激光加熱提高薄膜的生長(zhǎng)質(zhì)量和性能。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型構(gòu)成示意圖:
[0018]圖中標(biāo)識(shí):1_基片臺(tái)、2-基片轉(zhuǎn)動(dòng)及定位裝置、3-真空室、4-氣閥、5-磁控濺射靶槍、6-玻璃透光鏡、7-激光透鏡、8-三軸電機(jī)、9-激光顯微鏡、10-激光器、11-計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、12-真空抽氣系統(tǒng)。
[0019]圖2是采用本裝置在ZrO2陶瓷基片上制備的銀薄膜圖案實(shí)物照片，電極尺寸為0.2 mmX0.4 mm。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
[0021]安裝本實(shí)用新型激光刻蝕-磁控濺射復(fù)合裝置，如圖1所示，包含有真空系統(tǒng)、濺射系統(tǒng)、激光器系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)，其中真空系統(tǒng)主要安裝真空室3、工作氣體入口 4和真空抽氣系統(tǒng)12，濺射系統(tǒng)主要安裝三把可調(diào)角度靶槍5、基片臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)及定位裝置2以及基片臺(tái)1，激光刻蝕系統(tǒng)主要安裝200 W功率的Nd = YAG激光器10、玻璃透光鏡6、激光透鏡
7、高速XYZ三軸電機(jī)8以及計(jì)算圖控制系統(tǒng)11。其中基片臺(tái)與真空室壁垂直，基片臺(tái)后方安裝基片轉(zhuǎn)動(dòng)裝置2，在基片正對(duì)面通過(guò)光學(xué)玻璃6和激光透鏡7導(dǎo)入外置激光器10發(fā)射的一束激光，激光器內(nèi)集成激光顯微鏡9，玻璃透光鏡6鑲嵌在真空室3壁上，激光透鏡8安裝于玻璃透光鏡6的外部，在玻璃透光鏡6的側(cè)面分別安裝三把靶槍5，其中兩把接直流電源，一把接射頻電源，并在靶槍內(nèi)安裝循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。
[0022]實(shí)施例2
[0023]參照實(shí)施例1和圖1，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整:安裝I把磁控濺射靶槍5，并同時(shí)連接直流電源或射頻電源，實(shí)際使用時(shí)通過(guò)開(kāi)關(guān)進(jìn)行直流電源和射頻電源的切換，安裝800W功率的CO2激光器10，發(fā)射一束激光，并經(jīng)透鏡變換成多束激光。
[0024]實(shí)施例3
[0025]參照實(shí)施例1和圖1，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，安裝2把磁控濺射靶槍5，分別連接直流電源和射頻電源，安裝0.5 W功率的Nd = YAG激光器10，發(fā)射一束激光，并采用計(jì)算機(jī)控制沿圖案快速循環(huán)運(yùn)行。
[0026]實(shí)施例4
[0027]參照實(shí)施例1和圖1，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，安裝2把磁控濺射靶槍5，分別連接直流電源和射頻電源，安裝500 W功率的Nd: YAG激光器10，發(fā)射一束激光，經(jīng)透鏡變換成多束激光，并采用計(jì)算機(jī)控制沿圖案快速循環(huán)運(yùn)行。
[0028]應(yīng)用例
[0029]將實(shí)施例1的裝置應(yīng)用于金屬銀薄膜的制備及圖形化，其制備過(guò)程如下:
[0030](I)在磁控派射儀上安裝金屬Ag革E材和拋光21"02陶瓷基片；
[0031](2)將磁控濺射儀抽真空至8.0X 10_4Pa，充入純氬氣，設(shè)定并調(diào)節(jié)濺射氣壓為0.5Pa，濺射功率為80 W，靶基距為5 cm，薄膜厚度控制為1.0 μ m ;
[0032](3)采用直流磁控濺射進(jìn)行薄膜沉積，并在薄膜沉積的過(guò)程中采用Nd: YAG激光器發(fā)射的脈沖激光束對(duì)基片進(jìn)行加熱處理；
[0033](4)薄膜沉積完成后，采用Nd: YAG激光器，將集成在磁控濺射儀上的激光與濺射臺(tái)上的基片進(jìn)行定位，并調(diào)節(jié)激光刻蝕機(jī)使一束激光焦點(diǎn)落在Ag薄膜的正表面上；
[0034](5)將采用AotoCAD軟件設(shè)計(jì)好的若干個(gè)長(zhǎng)X寬為0.4 mmX0.2 mm刻蝕圖形輸入激光刻蝕軟件，設(shè)置激光刻蝕功率為0.9 W，激光光斑寬度為10 μ m，按單元逐個(gè)進(jìn)行刻蝕運(yùn)動(dòng)；
[0035](6)啟動(dòng)激光刻蝕對(duì)薄膜進(jìn)行圖案化刻蝕，刻蝕后的實(shí)物圖如圖2所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置，其特征在于:設(shè)置包含基片臺(tái)(1)、基片轉(zhuǎn)動(dòng)及定位裝置(2)、真空室(3)、磁控濺射靶槍(5)、激光透鏡(7)、三軸電機(jī)(8)、激光顯微鏡(9)、激光器(10)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(11)以及真空抽氣系統(tǒng)(12)構(gòu)成，所述的真空室(3)的一邊中間設(shè)置玻璃透光鏡(6)，真空室(3)內(nèi)的玻璃透光鏡(6)兩邊設(shè)置磁控派射革El槍(5)，真空室(3)內(nèi)的玻璃透光鏡(6)對(duì)應(yīng)面設(shè)置基片臺(tái)(I)和基片轉(zhuǎn)動(dòng)及定位裝置(2)，真空室(3)外的玻璃透光鏡(6)與激光透鏡(7)、三軸電機(jī)(8)、激光顯微鏡(9)、激光器(10)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(11)依次連接構(gòu)成激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置，其特征在于:所述的真空室(3)還設(shè)置真空抽氣系統(tǒng)(12)和氣閥(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置，其特征在于:所述的激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置為激光刻蝕與磁控濺射儀集成為一體；所述的激光器(10)為一束激光或多束激光，或者是經(jīng)計(jì)算機(jī)控制沿圖案快速循環(huán)運(yùn)行的一束激光或多束激光，在激光器(10)內(nèi)還集成了一套激光顯微鏡(9)定位系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置，其特征在于:所述的激光器(10)包括Nd: YAG激光器或CO2激光器，刻蝕的功率從0.5W到800W。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置，其特征在于:所述的磁控濺射靶槍(5 )的磁控濺射電源為直流電源或是射頻電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置，其特征在于:磁控濺射靶槍5設(shè)置一把或多把。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置，其特征在于:所述的基片臺(tái)(I)設(shè)在基片轉(zhuǎn)動(dòng)及定位裝置(2 )上。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種激光刻蝕與磁控濺射復(fù)合裝置，本裝置將激光刻蝕與磁控濺射融為一體，其特征在于：在基片臺(tái)正對(duì)面通過(guò)玻璃透光鏡（6）和激光透鏡（7）導(dǎo)入外置激光器（10）發(fā)射的激光，并在玻璃透光鏡的側(cè)面安裝可調(diào)角度的靶槍（5），基片臺(tái)（1）與真空室（3）壁垂直，在基片臺(tái)后方設(shè)有基片轉(zhuǎn)動(dòng)和定位裝置（2）。在薄膜濺射完成后，通過(guò)基片臺(tái)定位裝置與激光器上的激光顯微鏡（9）進(jìn)行定位，并調(diào)節(jié)光路使激光焦中正對(duì)于薄膜表面，再經(jīng)計(jì)算機(jī)（11）控制三軸電機(jī)（8）沿設(shè)計(jì)圖案快速循環(huán)運(yùn)行刻蝕從而實(shí)現(xiàn)薄膜圖案化。本實(shí)用新型在薄膜圖案化過(guò)程直接在基片臺(tái)上進(jìn)行，無(wú)需取出，特別適合于金屬或無(wú)機(jī)非金屬氧化物的薄膜制備和圖案制作。
【IPC分類】C23C14-35, H01L21-67, B23K26-364
【公開(kāi)號(hào)】CN204303766
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420801750
【發(fā)明人】徐華蕊, 朱歸勝
【申請(qǐng)人】桂林電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月16日