[实用新型]一种直列多靶磁控溅射镀膜装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及溅射镀膜技术领域，具体涉及一种多靶磁控溅射镀膜装置。

背景技术

磁控溅射技术广泛用于制备各种光学、电子、机械等薄膜，在实际应用中，所需制备的薄膜往往是多层的、甚至是周期性排列的（如：超晶格薄膜）、需要在不破坏真空的条件下一次完成。因此，多靶溅射系统应运而生，它通过在真空室内以一定的方式放置多个靶，配以工件盘的适当运动，能够实现多个靶位的依次溅射甚至是共溅射。但是，在同一个真空室内安装多个靶，也不可避免地增大了真空室的容积，需要采用更大口径的真空泵，设备的成本大大增加。

现有的多靶溅射台绝大多数采用圆形真空室和旋转基片架的几何配置，靶通常为2～4个，且多为平面圆形靶，按结构可分为以下几类：

1）行星运动式：多个圆形靶均匀分布在真空室底板上方的同一个圆周上，1～6个圆形基片在该圆周的上方（也可有一定的偏心距）进行行星运动（即公-自转同步运动），参见文献Multilayer optical coating fabrication by dc magnetron reactive sputtering,SPIE,678:134,1986。

2）公-自转分步运动式：靶和基片的几何布局与行星运动式相同，只是基片架的公转运动和自转运动是分开的，即开始仅仅进行公转，以使得基片转位而对准某个溅射靶，其后的溅射过程基片仅仅进行自转。

3）基片固定自转式：基片安装于底板中心的正上方，基片仅进行自转而不公转。多个圆形溅射靶安装于真空室的底板或侧壁上，呈一定的倾斜角而使得靶对准基片。此种结构的最大特点是方便进行多靶共溅射。参见文献：多靶直流磁控共溅射系统的研制，真空电子技术，1997，No.2:29。

4）侧壁-圆筒基片架公转式：多个圆形或矩形靶位于圆形真空室的侧壁上，真空室内有一圆筒形的基片架，圆筒旋转通过溅射靶而使得其上的基片沉积上相应的薄膜。参见文献：Multilayer growth in the APS rotary deposition system，SPIE,6705，2007。由四个靶对称布局所构成的非平衡磁控溅射台也多采用这种结构，参见文献：High-rate deposition of optical coatings by closed-field magnetron sputtering，SPIE，5963，2005。

5）侧壁-圆柱基片架行星运动式：多个矩形靶位于圆形真空室的侧壁上，多个柱状的基片架在真空室内作行星运动，与侧壁-圆筒基片架公转式相比，可以安放更多的基片。参见文献：Dependence of microstructure and hardness of TiAlN/VN hard coatings on the type of substrate rotation,Vacuum,86：699-702,2007。

以上多靶磁控溅射镀膜装置存在着如下不足：

1）磁控溅射靶的形状多为平面圆形，不利于提高薄膜的均匀性和获得大面积的均匀薄膜。

对于任何一台磁控溅射镀膜设备而言，薄膜均匀性都是一个重要的共性指标。虽然可以通过增大靶的面积来获得更加均匀的薄膜，但这是以增加靶材成本甚至设备成本为代价，花费太大。

平面磁控溅射靶的形状主要有圆形和矩形两种。由于圆形靶所溅出的原子在空间中呈同心圆分布，中心和边缘处的差异很大。对于与靶同样大小的基片而言，常规的溅射技术所制备的薄膜在基片中心和边缘处的膜厚差异可达30-40%。

而矩形靶具有两条直边形的溅射跑道，因此溅出原子在空间呈条状分布，即直边所对应的空间区域的溅出原子的分布非常接近。因此，只需将基片平行于矩形靶放置并使得基片沿靶的短边方向直线扫过靶面，即可获得大面积的均匀薄膜。薄膜均匀的宽度略小于矩形靶的直边，而长度方向不受靶的尺寸限制。所以，对于同等面积的圆形靶和矩形靶，由于矩形靶的直边长度远大于圆形靶的直径，因此可获得更大的薄膜均匀性。

2）上述多靶溅射镀膜装置的第4、5种，基片架为圆筒形或圆柱形，尽管可以安放很多个小基片，镀膜的效率很高，但无法满足大基片镀膜的需要。

3）上述多靶溅射镀膜装置的第1、4、5种，基片架上都可以安装多个基片，生产效率高，都是为达成量产而进行的工业镀膜机的设计。但在科学实验时，往往只需在一个基片上镀膜，这样无论是行星式还是转筒式的基片架，基片在公转一周的时间里，只有一次机会能镀上薄膜，镀膜效率很低。

发明内容