多离子束共溅射淀积纳米膜装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种具有单离子束和双离子束以及多离子束溅射淀积，能产生单质、二组元、三组元、四组元成分，原位反应共溅射淀积纳米膜（含微米膜）的、具有批量生产能力的、通用性强、运行可靠的多离子束共溅射淀积纳米膜装置，同时该装置还具有离子束辅助淀积、离子束轰击原位剥离靶材和衬底基片、实现原子级清洁功能以及离子束微结构加工功能。该装置是利用甚低能量的离子在靶材上的动能转换，将靶材原子搬迁出来并在附近的衬底上生长单原子纳米膜。这种以纳米尺寸的逐原子层淀积的薄膜，性能得到较大的提高。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用多离子束溅射淀积纳米膜(含微米膜)设备，特别涉及制造如薄膜传感器、薄膜集成电路、磁性薄膜器件、高温超导薄膜、光学薄膜、材料改性薄膜等多层薄膜结构改进的多离子束共溅射淀积纳米膜装置，其国际分类应归于C23C14/34。
技术介绍
离子束溅射淀积镀膜技术为科学研究与生产提供了薄膜涂覆的新工艺、新技术，为薄膜传感器、薄膜集成电路、磁性薄膜器件、高温合金导体薄膜、金属异质结构的薄膜制备、材料改性中的薄膜制备等广泛的应用领域提供了新的技术手段。随着离子束镀膜技术的飞速发展，以及应用领域的不断扩展和延伸，离子束溅射淀积镀膜设备的制造得到了很大的提高。然而现在这类设备，仍以单离子束溅射为主，虽然近年来出现了三离子束溅射机器，但这类机器具备最多三组元合金或化合物薄膜淀积功能，共溅射淀积四组元成分的合金或化合物薄膜受到限制，同时无批量生产能力。另外，这类薄膜淀积设备淀积的薄膜还存在颗粒大、均匀性不好、膜质疏松、粘附性差、针孔缺陷多、内应力大等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种具有单离子束和双离子束以及多离子束淀积溅射，能产生单质、二组元、三组元、四组元成分，原位反应共溅射淀积纳米膜(含微米膜)的、具有批量生产能力的、通用性强、运行可靠的多离子束共溅射淀积纳米膜装置，同时该装置还具有离子束辅助淀积、离子束轰击原位剥离靶材和衬底基片、实现原子级清洁功能以及离子束微结构加工功能。这种设备利用甚低能量的离子在靶材上的动能转换，将靶材原子搬迁出来并在附近的衬底上淀积该原子的材料薄膜。控制离子束轰击能量，使其在非PVD状态的原子间发生弹性碰撞，在衬底上生长单原子纳米膜(含微米膜)。这种以纳米尺寸的逐原子层淀积的薄膜，实现了不同薄膜层间的原子键合，使得膜层具有了粘附性牢、均匀性和致密性好、极小内应力的优点，极大地提高了薄膜的性能。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是一种多离子束共溅射淀积纳米膜装置，其特征在于由镀膜室(1)、主离子源(2、3、4、5)、辅助离子源(6、7、8)、靶支架(9、10、11、12)、行星旋转镀膜台(13)、共溅射淀积台(18)、中和器(19、20、21、22、23、24、25)、靶位控制装置(26、27、28、29)、大门(30)、观察窗(31)、辅助送气接口(32、33、37、38)、门阀(34)、机架(35)、真空抽气系统(36)、挡板(39)、膜厚监测仪(40、41)等组成，其中，所述镀膜室(1)为圆形真空室，安装于机架(35)上方，并与安装于机架(35)内的真空抽气系统(36)通过门阀(34)相连接；所述主离子源(2、3)接有电源，能产生聚焦或平行离子束，其离子枪放电室可以直接水冷，发射的离子束分别正对靶支架(9、10)的靶位，它们对称安装于镀膜室(1)的左右两侧；所述主离子源(4、5)接有电源，能产生聚焦或平行离子束，其离子枪放电室可以直接水冷，发射的离子束分别正对靶支架(11、12)的靶位，它们对称安装于镀膜室(1)的正前、正后方；所述辅助离子源(6、7)能产生平行离子束，分别安装于主离子源(2、3)的上方，其离子束流方向正对行星旋转镀膜台(13)的工件位，辅助离子源(8)能产生平行离子束，安装于镀膜室(1)正后方上部，其离子束流方向正对共溅射淀积台(18)的工件位；所述靶支架(9、10、11、12)正反靶位两面均可安装相同或不同的靶材，可分别通过位于镀膜室(1)外的靶位控制装置(26、27、28、29)控制它们是水平还是垂直或者倾斜某一角度工作；所述中和器(19、20、21、22、23、24、25)均是采用热灯丝发射电子的装置，它们紧邻主离子源(2、3、4、5)和辅助离子源(6、7、8)并与它们一一对应安装。所述行星旋转镀膜台(13)的加热方式为电加热方式，它通过镀膜室(1)外的驱动机构(131)驱动，实现多工件位的公转、自转和各自转速的调节。所述共溅射淀积台(18)在淀积台调整机构(182)的调整控制下可实现旋转、平移、90°转动的三维动作。所述真空抽气系统(36)是由分子泵、机构泵真空系统构成，它们通过门阀(34)对镀膜室(1)抽真空并保持在合适的低压。所述膜厚监测仪(40、41)紧邻共溅射淀积台(18)和行星旋转镀膜台(13)安装，它们提供淀积期间生产膜厚度的实时现场监测。本专利技术具有如下优点①、该系统能原位反应溅射2至8种导体、半导体、电介质的单质材料，获得逐层淀积的和动态混合淀积的合金和/或化合物纳米膜(含微米膜)。②、在薄膜淀积之前，利用辅助淀积离子束对衬底(或靶材)轰击实现如下功能a、利用离子束对靶材、衬底进行原位轰击清洗，将吸附的水蒸汽、金属氧化物等污物清除，提高薄膜的纯度，同时增加了衬底温度，有利于增加薄膜附着力。b、对衬底低能离子束轰击的结果，增加薄膜淀积过程中的岛一核密度以增加薄膜的致密性和改善薄膜的阶梯覆盖，减少内应力。c、实现衬底材料和淀积材料之间的原子键合，提高附着力。③、在薄膜淀积过程中，利用低能离子束轰击正在淀积的薄膜，实现原位对薄膜的机械、电性能的改进，如减少薄膜拉应力，甚至将拉应力变为压应力，提高薄膜的迁移率，以改进淀积中晶格的迁移率从而改善阶递覆盖，改善光学薄膜的光学特性；改进薄膜的硬度；改善晶体的择优取向和磁性薄膜的各向异性。④、多束多靶的同时轰击生成的合金膜的组分平衡时间比采用复合单靶形成合金膜的时间短，提高生产效率。⑤、与一般的等离子溅射相比，本机工作时，机器的工作参数与成膜的工艺参数可以分别独立调整，互不影响，可以多种选择工艺参数淀积薄膜，扩大应用范围。⑥、与一般的等离子溅射相比，本机工作时，衬底处在高真空的低温环境中，避免了处在高温等离子体恶劣环境中的淀积薄膜，薄膜质量大大提高。本系统具有由四个主离子源和一个辅助离子源、四个溅射靶和一个共溅射淀积台组成的五离子束共溅射淀积系统，当其中二个、三个主离子源和一个辅助离子源工作时，则构成了二元、三元组合的多束共溅射淀积系统；当一个主离子源工作，或一个主离子源和一个辅助离子源工作时，则构成了单离子束溅射或双离子束溅射淀积系统。另外，通过靶位控制装置(不破坏真空环境)，将安装于四个靶支架上的靶材转换位置，形成了四个新的溅射靶，它们和四个主离子源(共用)、二个辅助离子源以及行星旋转镀膜台组成六离子束溅射淀积系统。因此，该系统具有1至8种单质材料逐层淀积的、动态混合纳米膜(含微米膜)淀积的功能，且能原位、反应溅射淀积化合物薄膜、能原位离子轰击剥离清洗靶材和衬底基片，能进行离子束辅助淀积和具有批量生产能力。为薄膜传感器、薄膜集成电路、磁性薄膜器件、高温合金导体薄膜、金属异质结构的薄膜制备、材料改性中的薄膜制备等广泛的应用领域提供了新的技术手段。以下结合附图对本专利技术进一步说明。附图说明图1为本专利技术实施例的五离子束共溅射淀积纳米膜装置整体示意图。图2为本专利技术实施例的五离子束共溅射淀积纳米膜装置右视图。图3为本专利技术实施例的六离子束溅射淀积纳米膜装置整体示意图。图4为本专利技术实施例的六离子束溅射淀积纳米膜装置右视图。具体实施例方式如图1、图2所示，一种五离子束共溅射淀积纳米膜装置，由镀膜室1，主离子源2、3、4、5，辅助离子源8，靶支架9、10、11、12，共溅射淀积台18，中和器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多离子束共溅射淀积纳米膜装置，其特征在于：由镀膜室（１）、主离子源（２、３、４、５）、辅助离子源（６、７、８）、靶支架（９、１０、１１、１２）、行星旋转镀膜台（１３）、共溅射淀积台（１８）、中和器（１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５）、靶位控制装置（２６、２７、２８、２９）、大门（３０）、观察窗（３１）、辅助送气接口（３２、３３、３７、３８）、门阀（３４）、机架（３５）、真空抽气系统（３６）、挡板（３９）、膜厚监测仪（４０、４１）等组成，其中，所述镀膜室（１）为圆形真空室，安装于机架（３５）上方，并与安装于机架（３５）内的真空抽气系统（３６）通过门阀（３４）相连接；所述主离子源（２、３）接有电源，能产生聚焦或平行离子束，其离子枪放电室可以直接水冷，发射的离子束分别正对靶支架（９、１０）的靶位，它们对称安装于镀膜室（１）的左右两侧；所述主离子源（４、５）接有电源，能产生聚焦或平行离子束，其离子枪放电室可以直接水冷，发射的离子束分别正对靶支架（１１、１２）的靶位，它们对称安装于镀膜室（１）的正前、正后方；所述辅助离子源（６、７）能产生平行离子束，分别安装于主离子源（２、３）的上方，其离子束流方向正对行星旋转镀膜台（１３）的工件位，辅助离子源（８）能产生平行离子束，安装于镀膜室（１）正后方上部，其离子束流方向正对共溅射淀积台（１８）的工件位；所述靶支架（９、１０、１１、１２）正反靶位两面均可安装相同或不同的靶材，可分别通过位于镀膜室（１）外的靶位控制装置（２６、２７、２８、２９）控制它们是水平还是垂直或者倾斜某一角度工作；所述中和器（１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５）均是采用热灯丝发射电子的装置，它们紧邻主离子源（２、３、４、５）和辅助离子源（６、７、８）并与它们一一对应安装。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷卫武，
申请(专利权)人：雷卫武，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]