一种高真空电子束蒸发薄膜沉积设备制造技术

本发明专利技术公开了一种高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，其包括设备支架，安装于设备支架上的蒸镀装置，与蒸镀装置经插板阀连接的氧化装置，以及用于对蒸镀装置和氧化装置抽真空的真空系统。氧化装置包括氧化腔室，可转动安装于氧化腔室上的载物机构和厚度在线监测系统。氧化腔室上还安装有考夫曼离子源。本发明专利技术将蒸镀装置和氧化装置通过插板阀连接在一起，使设备兼顾电子束蒸发、在线氧化及在线刻蚀功能；能够实现样品镀膜、刻蚀和氧化连续化操作，制备出具有复杂结构和高质量的薄膜样品。出具有复杂结构和高质量的薄膜样品。出具有复杂结构和高质量的薄膜样品。

【技术实现步骤摘要】
一种高真空电子束蒸发薄膜沉积设备


[0001]本专利技术属于材料加工设备
，涉及一种电子束蒸发镀膜设备，尤其是一种高真空电子束蒸发薄膜沉积设备。

技术介绍

[0002]真空镀膜技术起源于二十世纪三十年代，到七十年代后期开始投入大规模生产，目前已被广泛应用于耐酸、耐蚀、耐热、表面硬化、装饰、润滑、光电通讯、电子集成、能源等领域。
[0003]真空镀膜设备，主要指一类需要在较高真空度下进行的镀膜，具体包括很多种类，包括真空离子蒸发，磁控溅射，MBE分子束外延，PLD激光溅射沉积等很多种。蒸发镀膜一般是加热靶材使表面组分以原子团或离子形式被蒸发出来。并且沉降在基片表面，通过成膜过程(散点－岛状结构
‑
迷走结构
‑
层状生长)形成薄膜。要完成真空镀膜必须具备两个条件：首先要有创造高真空度的条件；其次要使膜料蒸汽分子的自由程大于蒸发源到工件的距离也即有足够长的分子平均自由程(分子连续两次与其他分子碰撞之间飞越过路程的统计平均值)。对于所形成的薄膜，其均匀性是指待镀基片上所镀的膜厚随着基片在真空室内位置的变化而变化的情况，它是衡量薄膜质量和镀膜装置性能的一项重要指标。电子束蒸发镀膜的原理为利用电子枪提供的巨大热能将坩埚内的金属或非金属熔化，待达到饱和蒸气压时，蒸发到离子轰击清洁的样品表面，以实现镀膜的过程。
[0004]电子束蒸发因其高沉积速率和高材料利用效率而被广泛应用于各种应用中。例如，高性能航空航天和汽车行业，对材料的耐高温和耐磨性有很高的要求；耐用的工具硬涂层；和化学屏障和涂层，以保护腐蚀环境中的表面。电子束蒸发也用于光学薄膜，包括激光光学、太阳能电池板、玻璃和建筑玻璃,以赋予它们所需的导电、反射和透射特性。
[0005]电子束蒸发可以蒸发高熔点材料，比一般电阻加热蒸发效率更高.电子束蒸发可广泛用于高纯薄膜和导电玻璃等光学镀膜。它还具有用于航空航天工业的耐磨和热障涂层、切削和工具工业的硬涂层的潜在工业应用。然而，电子束蒸发不能用于涂覆复杂几何形状的内表面。此外，电子枪中的灯丝退化可能导致蒸发速率不均匀。
[0006]现有高真空电子束蒸发薄膜设备，例如DZS500，虽然可实现较高的真空度，能够制备高质量薄膜，但是还存在以下问题：(1)无法进行斜角度镀膜；(2)无法对薄膜进行氧化；(3)由于没有设置考夫曼离子源，无法进行离子刻蚀(IBE)工艺；(4)膜厚质量控制主要是一维厚度监测，无法实现厚度渐变情况下的膜厚在线监测。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的旨在针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，能够实现斜角度镀膜，且可实现对薄膜的在线氧化及在线膜厚监测，并通过载物台冷却方式调整提高成膜质量。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方式来实现。
[0009]本专利技术提供的高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，其包括：设备支架，安装于设备支架上的蒸镀装置，与蒸镀装置经插板阀连接的氧化装置，以及用于对蒸镀装置和氧化装置抽真空的真空系统；
[0010]上述氧化装置包括氧化腔室，可转动安装于氧化腔室上的载物机构；所述氧化腔室通过管道与真空系统连接；所述氧化腔室设置有相对的第一安装接口和第二安装接口；所述第一安装接口与插板阀连接，第二安装接口用于安装膜厚仪探头；所述载物机构包括载物台以及与载物台固定连接的转轴；所述载物台位于第一安装接口和第二安装接口之间；所述载物台内部设有液体循环流道，所述转轴中空，并设置有与载物台内部循环流道连通的内管，内管将转轴空腔分为进液通道和出液通道；所述氧化腔室上还安装有考夫曼离子源，所述考夫曼离子源溅射范围覆盖载物台；所述氧化装置还包括用于监测薄膜后的厚度在线监测系统。
[0011]所述真空系统包括用于对蒸镀装置抽真空的第一真空装置和用于对氧化装置抽真空的第二真空装置。
[0012]上述高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，通过插板阀，将蒸镀装置和氧化装置连接在一起，兼具电子束蒸镀、氧化、刻蚀等功能，还可以实现载物台的旋转，从而能够实现样品在线蒸镀、氧化、刻蚀等，并可实现对膜厚的精确控制从而能够为制备高质量复杂结构薄膜(例如约瑟夫森结)提供有效途径。
[0013]上述高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，所述蒸镀装置包括真空腔室；真空腔室内设置有用于盛放待镀原料的坩埚、用于遮挡坩埚开口的挡板和挡板控制器，用于对坩埚加热的电子枪以及用于控制电子枪的电子枪电源。真空腔室上设置有第一真空接口和第三安装接口；第一真空装置包括第一分子泵和第一机械泵；所述第一分子泵经第一高真空阀与第一真空接口连接；所述第一机械泵通过管道分别经两个低真空阀与第一真空接口和第一分子泵连接；第三安装接口与插板阀连接。所述第一真空接口还设置有用于测量低真空和高真空的电阻规和离子规。所述真空腔室开设有与之铰接的真空室门，所述真空室门上开设有观察窗。
[0014]上述高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，所述氧化腔室上设置有第二真空接口；第二真空装置包括第二分子泵和第二机械泵；所述第二分子泵经第二高真空阀与第二真空接口连接；所述第二机械泵通过管道分别经两个低真空阀与第二真空接口和第二分子泵连接。所述第二真空接口还设置有用于测量低真空和高真空的电阻规和离子规。所述氧化腔室开设有观察窗。
[0015]上述高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，所述氧化腔室上还可以设置一个以上气体接口，与相应的气体供给装置(例如氧气、氩气供给装置等)连接。
[0016]上述高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，载物机构兼具旋转和冷却功能。为了确保对氧化腔室的密封效果，转轴与氧化腔室之间通过磁流体来实现密封。为此，所述载物机构还包括套设于转轴外侧的磁流体腔室；所述磁流体腔室通过法兰与氧化腔室上设置的载物台接口连接；所磁流体腔室内封装有磁流体。所述磁流体腔室内侧设置有与转轴适配的轴承座；所述转轴上设置有分别与进液通道和出液通道连接的进液口和出液口，转轴末端进一步设置有转动手轮。本专利技术以液氮作为冷却液。
[0017]上述高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，为了控制载物台的旋转，所述载物机构还
设置有限位销，限位销沿平行于转轴轴向的方向穿过转动手轮并穿入磁流体腔室；所述限位销与转动手轮和磁流体腔室通过螺纹连接。
[0018]上述高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，所述载物台上设置有基片托，并通过与载物台固连的压板压紧。
[0019]上述高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，为了实现对载物台上样品的均匀加热，可以在氧化腔室内设置加热装置；加热装置具体结构不属于本专利技术的保护范围，可以采用本领域的常规加热方式，例如，可以在氧化腔室内安装电加热棒，或者在氧化腔室内壁轴向均匀排布若干加热丝，或者沿氧化腔室内壁周向均匀排布若干加热丝。
[0020]上述高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，所述膜厚仪探头安装于氧化腔室顶部的盖板上；所述盖板与氧化腔室可拆卸连接。本专利技术通过膜厚控制仪得到蒸发原料的蒸发速率(m(g/s))，然后按照以下公式计算得到载物台上样品膜层厚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，其特征在于，包括：设备支架(1)，安装于设备支架(1)上的蒸镀装置(2)，与蒸镀装置(2)经插板阀(4)连接的氧化装置(3)，以及用于对蒸镀装置(2)和氧化装置(3)抽真空的真空系统(5)；上述氧化装置(3)包括氧化腔室(31)，可转动安装于氧化腔室(31)上的载物机构(32)；所述氧化腔室(31)通过管道与真空系统连接；所述氧化腔室(31)设置有相对的第一安装接口(311)和第二安装接口(312)；所述第一安装接口(311)与插板阀(4)连接，第二安装接口用于安装膜厚仪探头(33)；所述载物机构(32)包括载物台(321)以及与载物台固定连接的转轴(322)；所述载物台(321)位于第一安装接口(311)和第二安装接口(312)之间；所述载物台(321)内部设有液体循环流道，所述转轴(322)中空，并设置有与载物台内部循环流道连通的内管(323)，内管将转轴空腔分为进液通道和出液通道；所述氧化腔室上还安装有考夫曼离子源(34)，所述考夫曼离子源(34)溅射范围覆盖载物台(321)；所述氧化装置(3)还包括厚度在线监测系统；所述真空系统(5)包括用于对蒸镀装置(2)抽真空的第一真空装置(51)和用于对氧化装置(3)抽真空的第二真空装置(52)。2.根据权利要求1所述的高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，其特征在于，所述蒸镀装置(2)包括真空腔室(21)；真空腔室(21)上设置有第一真空接口(211)和第三安装接口(212)；第一真空装置(51)包括第一分子泵(511)和第一机械泵(512)；所述第一分子泵(511)经第一高真空阀(513)与第一真空接口(211)连接；所述第一机械泵(512)通过管道分别经两个低真空阀(514、515)与第一真空接口(211)和第一分子泵(511)连接；第三安装接口(212)与插板阀(4)连接。3.根据权利要求1所述的高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，其特征在于，所述氧化腔室(31)上设置有第二真空接口(313)；第二真空装置(52)包括第二分子泵(521)和第二机械泵(522)；所述第二分子泵(521)经第二高真空阀(523)与第二真空接口(313)连接；所述第二机械泵(522)通过管道分别经两个低真空阀与第二真空接口(313)和第二分子泵(521)连接。4.根据权利要求1所述的高真空电子束蒸发薄膜沉积设备，其特征在于，所述氧化腔室上还可以设置一个以上气...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳鹏辉，常满，刘天才，柴亚强，陈佳，王用文，常鸿，韦联福，
申请(专利权)人：成都齐兴真空镀膜技术有限公司，
类型：发明
国别省市：