专利名称:溅射源用的充气器的制作方法
本发明涉及一种溅射镀覆的专用设备。
充气器是溅射镀覆设备必不可少的部件之一，设计合理的充气器有助于提高溅射镀覆设备的工作性能和薄膜的质量。
当工件采用溅射法镀覆金属膜层时，需向真空室注入惰性气体，如氩气作为工作气体。常用的工作气体充气器是向真空室内引入一根充气管道，其出气口布置在近离溅射源的阴极靶靶面，正对或者斜向对准靶面喷射工作气体。当应用溅射源进行反应溅射沉积化合膜时，需向真空室注入工作气体和活性气体，此时常用的充气方式是将工作气体和活性气体的混合气引入真空室内。以上的充气方式的缺陷在于1、其充气管道全挡住部份溅射出来的原子，而在薄膜上造成阴影。
2、充气管在一定程度上干扰了溅射源的电场分布，甚至影响溅射源的正常工作。
3、靶面上惰性气体分布不均匀，靶面易受污染。
4、注入的气体利用率较低，绝大部份的气体没有对溅射作出贡献就被真空泵排出。
本发明的任务在于提供一种能使阴极靶靶面始终维持洁净惰性气氛和工件表面维持洁净的活性气氛、能进行高速反应溅射的溅射源用的充气器。
图面说明
图1为布置在溅射头上的充气器的结构示意图，图中1-小法兰，2-进气管，3-针阀，4-气管，5-O型密封圈，6-溅射头底盘，7-屏蔽罩，8-阴极靶，9-小法兰，10-进气管，11-针阀，12-气管，13-O型密封圈，14-导气管，15喷气环，16-工件。
图2为一个工作气体充气器布置在溅射头上的结构示意图，图中标记与图1相同。
以下结合本发明的具体内容，但
发明内容
不限于。
如图1所示，工作气体充气器A和活性气体充气器B安装在溅射头底盘〔6〕上，分别从阴极靶〔8〕的四周向靶面喷射惰性气体和从工件〔16〕的四周向工件〔16〕表面喷射活性气体。
工作气体充气器A包含一个溅射头底盘〔6〕，一个带O型密封圈〔5〕的小法兰〔1〕，一个进气管〔2〕，一个调节气体流率的针阀〔3〕以及一个气管〔4〕。在溅射头底盘〔6〕上开有一个用于布置进气管〔2〕的通孔，围绕该通孔布置若干个螺孔，小法兰〔1〕的上端面开有一个布置O型密封圈〔5〕的环形槽，轴向开有一个中心通孔，围绕这一中心通孔布置若干用于埋设螺钉的通孔。进气管〔2〕上部焊接在小法兰〔1〕的中心通孔上，其下端与针阀〔3〕连接，针阀〔3〕的输入端与气体源的气管〔4〕连接。通过固定螺钉将工作气体充气器A固定在溅射头底盘〔6〕上。
需要通入工作气体时，由针阀〔3〕调节的惰性气体经过进气管〔2〕、屏蔽罩〔7〕的内侧间隙喷向阴极靶〔8〕的靶面，在靶面形成一个密度比真空室高的新鲜洁净的惰性气氛，利于溅射的有效进行。
活性气体充气器B包含一个开有一个竖向深孔、一个与该深孔相通的径向孔、围绕该深孔布置若干个螺孔的溅射头底盘〔6〕，一个上端面开有一个用于布置O型密封圈〔13〕的环形槽、轴向开有中心通孔、围绕该通孔布置若干个用于固定螺钉的通孔的小法兰〔9〕，一个焊接在小法兰〔9〕中心通孔上的进气管〔10〕，一个同活性气体源连接的气管〔12〕，一个连接进气管〔10〕和气管〔12〕的针阀〔11〕。采用固定螺钉将带有O型密封圈〔13〕的小法兰〔9〕固定溅射头底盘〔6〕上。一个开有若干喷气孔的喷气环〔15〕布置在工件〔16〕的四周，该喷气环〔15〕的环径略大于工件〔16〕的尺寸。一个长度可调的导气管〔14〕，其上端与喷气环〔15〕连接，下端与溅射头底盘〔6〕的径向深孔连接。
需要通入活性气体时，由针阀〔11〕调节的活性气体经过进气管〔10〕、溅射头底盘〔6〕的径向深孔、导气管〔14〕，从喷气环〔15〕的喷气孔喷向工件〔16〕表面，形成一个气体密度比真空室高的新鲜洁净的活性气氛。
本发明的主要特征是工作气体充气器A和活性气体充气器B安装在溅射头底盘〔6〕上，分别向靶面和工件〔16〕表面喷射工作气体和活性气体。含有工作气体充气器A和活性气体充气器B的充气器，当关闭活性气体充气器B时，可单独应用工作气体充气器A，用于溅射金属薄膜。
专用于溅射金属薄膜的充气器示于图2，其结构与图1类同。
同已有的充气器比较，本发明的充气器具有以下优点1、充气器安装在溅射源上，给加工安装、维护带来很大方便;同溅射源组装在一起作为一个插入件，可方便地将已有的真空镀膜机改装为溅射设备。
2、能在靶面上形成一个密度比真空室高的新鲜洁净的惰性气氛，有效地排除杂质气体对靶面的污染，使溅射速率提高20%。
3、工作气体利用率提高40%左右。
4、薄膜中杂质含量降低20%左右。
5、同时布置工作气体充气器A和活性气体充气器B的溅射源，其反应溅射速率比向真空室通入混合气的方式提高80%。
实施例1Ⅰ、采用如图2所示的工作气体充气器，从屏蔽罩〔7〕的内侧四周间隙处向阴极靶〔8〕靶面喷射Ar气，靶材采用纯度为99.99%的铝，工件与靶面的距离为100mm，溅射源功率为2.5KW(D·C)。
Ⅱ、相同条件的溅射源，从原来镀膜钟罩的充气口充入Ar气。
实测结果为方案Ⅰ 方案Ⅱ沉积速率 2500
/min 2050
/min薄膜中氧含量 50PPM 90PPM氩气流率 150SCCM ＞200SCCM氩气压 1Pa 1.5Pa
实施例2如图1所示的充气器，其工作气体充气器A从屏蔽罩〔7〕内侧四周间隙处向阴极靶〔8〕靶面喷射Ar气，活性气体充气器B从喷气环〔15〕喷气孔向工件〔16〕表面喷射O2气，阴极靶为Zn靶，工件与靶面的距离为50mm，功率0.3KW(D·C)，进行反应溅射沉积ZnO薄膜。
实测结果ZnO沉积速率为750
/min。在其他条件相同的情况下，若采用常用的方案，充入Ar+O2混合气，则ZnO沉积速率为400
/min左右。
权利要求
1.一种能向阴极靶表面和工件表面分别喷射工作气体和活性气体的磁控溅射源用的充气器，其特征在于构成该充气器的工作气体充气器A和活性气体充气器B安装在溅射头底盘[6]上，分别向靶面和工件[16]表面喷射工作气体和活性气体。
2.按照权利要求
1所述的充气器，其特征在于所述的溅射头底盘〔6〕上开有一个布置进气管〔2〕的通孔，一个布置进气管〔10〕的竖向深孔，一个与该竖向深孔相通的径向深孔，围绕上述通孔和竖向深孔分别布置若干个螺孔。
3.按照权利要求
1所述的充气器，其特征在于所述的工作气体充气器A包括一个上端面开有一个用于布置O型密封圈〔5〕的环形槽、轴向开有一个中心通孔以及围绕中心通孔布置若干个通孔的小法兰〔1〕，一个焊接在小法兰〔1〕的中心通孔上的进气管〔2〕，一个气管〔4〕，以及一个连接进气管〔2〕和气管〔4〕的针阀〔3〕
4.按照权利要求
2和3所述的充气器，其特征在于所述的工作气体充气器A通过固定螺钉固定在溅射头底盘〔6〕上。
5.按照权利要求
1和2所述的充气器，其特征在于所述的活性气体充气器B包括一个上端面开有一个用于布置O型密封圈〔13〕的环形槽、轴向开有一个中心通孔以及围绕中心通孔的若干个通孔的小法兰〔9〕，一个焊接在小法兰〔9〕中心通孔的进气管〔10〕，一个气管〔12〕，一个连接进气管〔10〕和气管〔12〕的针阀〔11〕，一个同溅射头底盘〔6〕径向深孔相连接的导气管〔14〕，以及一个同导气管〔14〕相连接、布置在工件〔16〕周围的喷气环〔15〕，喷气环〔15〕开有若干个能将活性气体喷向工件〔16〕表面的喷气孔，小法兰〔9〕通过固定螺钉固定在溅射头底盘〔6〕上。
6.按照权利要求
1所述的充气器，其特征在于所述的工作气体充气器A经针阀〔3〕调节的工作气体经过进气管〔2〕，从屏蔽罩〔7〕内侧四周的间隙喷向阴极靶〔8〕的表面。
7.按照权利要求
1所述的充气器，其特征在于所述的活性气体充气器B通过针阀〔11〕调节的活性气体经过进气管〔10〕、导气管〔14〕、从喷气环〔15〕的喷气孔喷向工件〔16〕的表面。
专利摘要
一种能向阴极靶[8]靶面和工件表面分别喷射工作气体和活性气体的磁控溅射源用的充气器，采用这种充气器能使靶面免受污染，工作气体利用率提高40％，薄膜中杂质含量降低20％，且不产生阴影。同通混合气体的方案相比，溅射速率提高80％以上。
文档编号C23C14/34GK87105700SQ87105700
公开日1988年3月30日 申请日期1987年8月18日
发明者王德苗, 任高潮, 陈抗生 申请人:浙江大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan