專利名稱：多對靶薄膜濺射儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及濺射技術領域。
背景技術：
專利號為86204865.6、發明名稱為《多用對向靶濺射儀》和專利號為90224243.1、發明名稱為《溫度可控型雙對靶新型薄膜濺射儀》的兩項專利分別公開了單對靶和雙對靶的薄膜濺射儀，雖然它具有比其它濺射方法獨特的優點，但隨著薄膜技術發展的要求，尤其是在制備超薄多層人工格，在線制備保護膜和過度層以及制備多元合金多層連續介質膜、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。
實用新型內容本實用新型是為了克服現有技術中的不足之處，提供一種能在線制備各種材質的單層膜或多層膜，成膜速度快、均勻性好，厚度可控的多對靶薄膜濺射儀。
本實用新型通過下述技術方案實現一種多對靶薄膜濺射儀，在濺射真空室內設置有至少三對靶及靶頭，所述各對靶之間設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置有波紋管，所述濺射真空室內設置有基板架，所述基板架上設置有基板，所述基板架的外圍設置有與基板架同心的帶有側孔的套筒，所述濺射真空室的上端蓋上設置有真空室的開啟機構。
所述基板架與第一電機連接，所述套筒與第二電機連接，所述第一電機、第二電機分別與微控制器連接。
所述每對靶頭之間設置有間距調節裝置。
所述基板架為多面體。
所述基板架上設置有基板加熱器。
所述濺射真空室的側面設置有觀察窗。
所述濺射真空室的側面設置有真空排氣管道。
所述濺射真空室的側面設置有充氣閥。
所述濺射真空室的側面設置有射頻濺射靶。
本實用新型具有下述有益效果使用本實用新型的裝置，能在線制備各種材質的單層膜或多層膜，成膜速度快、均勻性好，厚度可控，而且制膜簡單方便。
圖1為本實用新型濺射真空室的正面剖面圖；圖2為本實用新型濺射真空室的俯視剖面圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
本實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，在圓形真空室內與距上、下蓋中心半徑為200-210mm的圓周等分位置相對應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，每對靶的兩靶頭之間設置有間距調節裝置，可在施加電高壓狀態下進行靶頭上、下相對距離的調節，而不破壞真空室的真空狀態。在本實用新型中，可調節裝置由調節裝置的固定支架7、調節裝置與靶固定的有內螺紋的連接滑塊19和有外螺紋的調節裝置的螺桿20組成。也可以采用其它形式的間距調節裝置。除靶罩外，靶頭與濺射真空室絕緣封接。根據濺射的需要可以安裝三對、四對、五對或更多對靶，并用非磁性金屬隔離板14將每對相鄰的對靶隔開，用于防止各對靶在同時進行濺射時的相互干擾。這樣既可以使各對靶同時實現濺射，也可使每對靶單獨進行濺射。
為了使濺射真空室的真空狀態在靶頭移動過程中不被破壞，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的部分密封連接，從而實現在密封狀態下，對靶頭沿其軸向的相對位置調節。
在濺射真空室的中心位置裝有基板架即轉鼓8，為了提高生產效率，轉鼓為多面體，在轉鼓的每一個面上自由裝卸供濺射用的基片。根據濺射真空室的空間的情況，轉鼓可以是六面體、七面體、八面體等。在真空室內與轉鼓同心的外圍裝有自由旋轉的金屬套筒9，在金屬套筒9上開有一個側孔。為了實現自動化，轉鼓通過濺射真空室的上蓋的中心部位與外界的第一電機連接，第一電機可以是伺服電機或步進電機，套筒通過真空室的下蓋的中心位置與外部的第二電機連接，第二電機可以是伺服電機或步進電機。第一電機和第二電機分別與微控制器連接，通過微控制器控制上述兩組電機，以實現轉鼓和套筒之間的相對轉動，使轉鼓上的一個基片和套筒上的側孔相重合，并與某一個對向靶間產生的等離子體相對應實現等離子體濺射。在該位置上的停留時間長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孔轉到與另一對靶的等離子體區相對應，以實現新一層薄膜的濺射。重復上述操作可實現不同靶位的多層薄膜的制備。在轉鼓的多面體之一的部位裝有基板加熱器，可對基板根據需要進行加熱，最高加熱溫度為800℃。
在圓形濺射真空室的側面裝有射頻濺射靶16，該射頻濺射靶可與多面體轉鼓的任何一個面上所裝的基片相對應，可進行射頻濺射，從而除了導電體靶材以外，還可以進行絕緣靶材的濺射。
在圓形濺射真空室的側面開有一個可裝配激光器的窗口17，該位置可實現激光束照射到射頻靶頭的靶面上，使蒸發出的成膜粒子落到多面體轉鼓的其中任何一個基片上進行激光蒸發法制備薄膜。
在濺射真空室的圓柱體側面還分別裝有三個觀察窗10、真空排氣通道11、用于施加偏壓和測溫引線及加熱引線使用四電極引線法蘭12、兩個充氣閥門13，通過兩個充氣閥門可同時充入兩種氣體，氣體的流量分別由精密質量流量計控制。為了防止觀察窗被濺射，每個觀察窗裝有擋板及其控制開關21。在真空室的上蓋裝有濺射真空室的開啟機構15，以實現濺射真空室的開閉和基片的取、換。本實用新型的濺射真空室的開啟機構通過渦輪渦桿機構實現。
在使用時，將各對靶頭分別與電源的負極連接，電源的正極可以接地，也可以與濺射真空室的外殼連接。各對靶可同時在各自直流或射頻電源作用下，同時起輝，建立起各自的等離子區，每對靶的等離子區通過調節電源的電壓、電流值，實現各對靶的在不同功率下的濺射。利用微控制器控制轉鼓和轉鼓外的套筒與各對靶等離子區的對應位置及在該位置上的停留時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、單層和不同材質的多層調制結構薄膜的制備A、B、C，D四種靶材分別安裝在四對靶的靶頭上，濺射真空室的真空進入狀態后起輝濺射，根據設計層厚度要求，由微控制器控制轉鼓使基片停留在不同的靶位位置上，控制停留時間和每對靶的起輝的濺射功率的不同，實現多層膜的濺射。
2、襯底膜和保護膜的制備在任一組對象靶頭上裝上做襯底膜的靶材或保護膜的靶材以及主介質膜的靶材。對一般介質材料，如磁盤等需在主介質膜前后鍍上襯底和護膜層。用電機驅動裝有基片的轉鼓轉動，停留在所需的某對靶等離子區前，用微控制器控制在該位置上的停留時間，實現預先設定的膜厚的濺射。從而可以實現任何不同材質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，通過微控制器對轉鼓與對象靶靶位的控制和在該靶位上停留的時間控制，即可實現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裝在各自的對靶靶頭上，通過上述2的工藝操作使A和B兩種材質濺射在同一塊基片，濺射完畢后，將該塊濺射后的基片進行熱處理實現顆粒膜的制備。也可在上述濺射的同時，對基板加熱所需的溫度，也能制成顆粒薄膜。
5、軟X射線光學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向靶頭上，用微控制器控制轉鼓和套筒，將轉鼓上的基片分別停留在各個對靶的等離子體區的位置上，同時控制在該位置上的停留時間，不斷改變轉鼓上基板與對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間和調節等離子體的濺射功率來實現。
6、反應濺射向濺射真空室內通入濺射氣的同時，在通入反應氣體，如O2，N2和含C的氣體，可實現反應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面的激光窗口將濺射真空室外的激光器發射的激光束導入濺射真空室內部，使之照射射頻靶頭上裝配的靶材進行激光蒸發，蒸發的物質可沉積在多面體轉鼓上的任何一面上安裝的基板上，從而實現各種材質的激光蒸發薄膜的制備。
盡管參照實施例對所公開的涉及一種多對靶薄膜濺射儀進行了特別描述，本領域技術人員將能理解，在不偏離本實用新型的范圍和精神的情況下，可以對它進行形式和細節的種種顯而易見的修改。因此，以上描述的實施例是說明性的而不是限制性的，在不脫離本實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用新型的范圍之內。
權利要求1.一種多對靶薄膜濺射儀，在濺射真空室內設置有至少三對靶及靶頭，所述各對靶之間設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置有波紋管，所述濺射真空室內設置有基板架，所述基板架上設置有基板，所述基板架的外圍設置有與基板架同心的帶有側孔的套筒，所述濺射真空室的上端蓋上設置有真空室的開啟機構。
2.根據權利要求1所述的多對靶薄膜濺射儀，其特征是，所述基板架與第一電機連接，所述套筒與第二電機連接，所述第一電機、第二電機分別與微控制器連接。
3.根據權利要求1或2所述的多對靶薄膜濺射儀，其特征是，所述每對靶頭之間設置有間距調節裝置。
4.根據權利要求3所述的多對靶薄膜濺射儀，其特征是，所述基板架為多面體。
5.根據權利要求4所述的多對靶薄膜濺射儀，其特征是，所述基板架上設置有基板加熱器。
6.根據權利要求5所述的多對靶薄膜濺射儀，其特征是，所述濺射真空室的側面設置有觀察窗。
7.根據權利要求6所述的多對靶薄膜濺射儀，其特征是，所述濺射真空室的側面設置有真空排氣管道。
8.根據權利要求7所述的多對靶薄膜濺射儀，其特征是，所述濺射真空室的側面設置有充氣閥。
9.根據權利要求8所述的多對靶薄膜濺射儀，其特征是，所述濺射真空室的側面設置有射頻濺射靶。
專利摘要本實用新型公開了一種多對靶薄膜濺射儀，在濺射真空室內設置有至少三對靶及靶頭，所述各對靶之間設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置有波紋管，所述濺射真空室內設置有基板架，所述基板架上設置有基板，所述基板架的外圍設置有與基板架同心的帶有側孔的套筒，所述濺射真空室的上端蓋上設置有真空室的開啟機構。所述基板架與第一電機連接，所述套筒與第二電機連接，所述第一電機、第二電機分別與微控制器連接。所述每對靶頭之間設置有間距調節裝置。所述基板架為多面體。使用本實用新型的裝置，能在線制備各種材質的單層膜或多層膜，成膜速度快、均勻性好，厚度可控，而且制膜簡單方便。
文檔編號C23C14/34GK2666927SQ20032013096
公開日2004年12月29日 申請日期2003年12月31日 優先權日2003年12月31日
發明者姜恩永, 白海力, 吳萍, 李志青, 何柏巖 申請人:天津大學