一种磁控溅射倾斜沉积镀膜装置的制作方法

本发明涉及真空镀膜技术领域，具体为一种磁控溅射倾斜沉积镀膜装置。

背景技术：

纳米柱是一种高度有序的纳米阵列结构。目前，制备纳米柱的方法主要有：纳米压印技术、(极)远紫外光刻、电子/离子束光刻、模板法等手段。

与其他方法相比，模板法制备的纳米结构具有相当的灵活性，实验装置简单，操作条件温和，能够精确控制纳米材料的尺寸、形貌和结构，所以得到广泛关注。但模板法制备纳米结构也存在一些缺点：有机化合物模板需使用有机溶剂去除，这会在一定程度上破坏了纳米材料的结构；一些有序纳米材料的模板成本较高等。利用模板法制备纳米材料，如何去除模板且保证去除工艺不对所制备的纳米结构的形貌和性能产生不良影响，是模板法的一大难题。

磁控溅射是一种被广泛应用的薄膜材料沉积方法。其原理是在真空环境下，利用高压电场电离惰性气体，形成由带正电荷的离子和电子组成的等离子体，其中带正电荷的离子在电场的作用下高速向阴极靶材表面撞击，将靶材表面的金属离子击出，并逐渐沉积在待镀基底表面形成薄膜。

传统的磁控溅射装置中，待镀基片与溅射枪以较大倾角相互排列，结合待镀基片自转，可实现待镀基片表面均匀薄膜的沉积。倾斜沉积技术是一种可用于基片表面纳米结构制备的新方法，其原理是使溅射材料以与待镀基片表面较小倾角的方式掠入射沉积在待镀基片表面，可制备出各种倾斜柱状纳米结构薄膜，制备的纳米结构薄膜形状可以为倾斜柱状、之字形、v形、螺旋状和竖直的柱状结构。倾斜沉积薄膜的生长分为成核和种子的形成阶段、薄膜的生长阶段。在成核和种子的形成阶段，原子入射到衬底上，并在衬底表面凝聚，形成分离的原子团(岛或核)。由于沉积原子的在基片表面迁移率很低故不会与领近的孤立核结合，这样就在衬底上形成了很多“空白”区域(没有薄膜材料覆盖的区域)。在薄膜的生长阶段，由于入射粒子束以一定的倾斜角度入射到衬底上，核会在衬底上形成几何阴影，使得入射原子被核捕获而不能到达阴影区域，这样随着薄膜沉积的进行，将会形成垂直基片方向生长的柱状结构。

如公开号为cn101216567a的中国发明专利《倾斜沉积镀膜装置》，根据其公开内容，该倾斜沉积镀膜装置结合电子枪蒸发镀膜，通过不同倾角的楔形块构造不同沉积角的基片，制备雕塑薄膜。该发明实现一次抽真空过程可同时镀制不同倾斜角度的雕塑薄膜。但由于电子束蒸发所产生的材料粒子能量较低，造成所制备的薄膜附着力和取向性较差，较难完成单晶等高质量薄膜的制备。

又如公开号cn104109841a的中国发明专利《磁控溅射倾斜沉积镀膜装置》，根据其公开内容，引入刻度盘和基片安装夹具控制基片的倾斜角度。该装置可以实现多个不同倾角的薄膜样品制备，实验效率较高。但由于该装置将基片架设置在可旋转基底装置上，考虑到真空下加热对设备变形的影响，无法实现真空下沉积过程的热处理；且该装置需打开腔体更换待镀基片，无法保证设备的长时间稳定高真空实验条件(如实现高真空需额外的长时间抽真空过程)；且需要打开腔体破坏真空更，故限制了设备的使用效率。一般情况下，磁控溅射装置更换基片和靶材会直接使溅射腔暴露在空气中，破坏了溅射腔的真空环境，在更换基片和靶材后需要再次对溅射腔进行抽真空操作。抽真空操作耗时耗力，延长了实验周期，影响了实验效率。

手套箱是将高纯惰性气体充入箱体内，并循环过滤除去气氛中氧气、水分、有机气体等活性物质，保证手套箱内的水含量、氧含量、真空度等处于一定范围内，提供稳定操作气氛的设备。手套箱主要应用在制备锂离子电池、半导体、超级电容和oled等领域。

技术实现要素：

针对上述存在问题或不足，为解决目前磁控溅射倾斜沉积镀膜装置中待镀基片的倾斜角度不连续及镀膜过程中需多次抽真空的缺点，本发明提供了一种磁控溅射倾斜沉积镀膜装置。

一种磁控溅射倾斜沉积镀膜装置，包括溅射腔、腔门、手套箱和过渡腔。

所述溅射腔中设有基片转动电机、旋转轴、底座、伸缩支架、顶板、加热台、基片架、靶枪、靶材和靶材架。

旋转轴连接底座和基片旋转电机，底座固定且始终处于水平；伸缩支架连接底座和顶板，伸缩支架至少三个，各伸缩支架的两端分别固定在底座和顶板的边缘，且长度可调；顶板的下方连接加热台，加热台的下方连接基片架，基片架用于放置待镀基片；顶板的倾斜带动加热台，基片架和待镀基片同时一致倾斜；靶材架上设置有至少一个靶枪，靶材固定在靶枪顶部；

所述过渡腔中设有传送基片架和磁力传送装置，传送基片架与磁力传送装置连接，用于传送待镀基片至溅射腔中；

所述溅射腔、手套箱和过渡腔通过3个腔门实现两两连接。

进一步的，所述伸缩支架通过外部旋钮控制其伸缩。

进一步的，所述靶枪顶部朝向腔门一侧或待镀基片一侧，且朝向待镀基片的角度可变。

进一步的，所述靶材架底部还设有旋转电机以带动靶材架旋转，使需要更换的靶材移动至腔门处。

本发明中，基片旋转电机通过旋转轴带动底座、伸缩支架、顶板、加热台和基片架同步转动，以实现对置于基片架上的待镀基片的转动控制。通过调节各伸缩支架的长度，形成各伸缩支架间的长度差，使顶板倾斜，带动加热台以及基片架和待镀基片，以实现待渡基片的角度连续变化。再通过溅射腔、手套箱和过渡腔的两两连接，使得在更换基片和靶材的过程中，磁控溅射装置的工作气氛保持稳定，不破坏溅射腔的真空度，避免了再次抽真空操作，提高了工作效率。

综上所述，本发明装置可旋转待镀基片且倾斜角度连续可调，既能完成待镀基片水平状态下的磁控溅射镀膜，又能实现待镀基片不同倾斜角度下的磁控溅射镀膜；不破坏真空条件下的待镀基片更换，实现效率的提升；待镀基片可加热，增加了实验可变参数；外接设备手套箱，实现惰性气体条件下的靶材更换。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图；

图2为本发明的结构俯视图；

附图标记：溅射腔-1，基片转动电机-2，旋转轴-3，底座-4，伸缩支架-5，顶板-6，加热台-7，基片架-8，待镀基片-9，靶枪-10，靶材-11，靶材架-12，靶材架旋转电机-13，腔门-14，手套箱-15，传送基片架-16，磁力传送装置-17，过渡腔-18。

具体实施方式

实施例1

多靶共溅射实验时：

1、把靶材11放入手套箱15中，打开手套箱15和溅射腔1之间的腔门14，把靶材11安装在靶枪10的顶部；

2、调节并固定靶枪10的位置和角度；

3、把待镀基片9放入手套箱15中，打开手套箱15和过渡腔18之间的腔门14，把待镀基片放在过渡腔18中的传送基片架16的上面；

4、打开过渡腔18和溅射腔1间的腔门14，通过磁力传送装置17把基片9传送至溅射腔1中；

5、取下传送基片架16上的待镀基片9，安装固定在基片架8上；

6、关闭过渡腔18和溅射腔1间的腔门14，关闭手套箱15和溅射腔1间的腔门14；

7、调节伸缩支架5至等长，使待镀基片9处于水平位置；

8、对溅射腔1、手套箱15和过渡腔18进行抽真空，手套箱15、过渡腔18的真空度与溅射腔1的真空度一致；

9、向溅射腔1、手套箱15和过渡腔18中通入一致的工作气体；

10、调整加热台7温度；

11、开始溅射工艺，多个靶材11可同时工作，基片旋转电机2带动待镀基片9旋转；

12、溅射完成，降低加热台7温度至室温；

13、打开过渡腔18和溅射腔1间的腔门14，打开手套箱15和溅射腔1间的腔门14；

14、取下待镀基片9放在传送基片架16上，通过磁力传送装置17把待镀基片9移至过渡腔18中，再把待镀基片转移至手套箱15中，完成操作。

实施例2

掠入射实验时：

1、把靶材11放入手套箱15中，打开手套箱15和溅射腔1之间的腔门14，把靶材11安装在靶枪10的顶部；

2、调节并固定靶枪10的位置和角度；

3、把待镀基片9放入手套箱15中，打开手套箱15和过渡腔18之间的腔门14，把待镀基片放在过渡腔18中的传送基片架16的上面；

4、打开过渡腔18和溅射腔1的腔门14，通过磁力传送装置17把基片9传送至溅射腔1中；

5、取下传送基片架16上的待镀基片9，安装固定在基片架8上；

6、关闭过渡腔18和溅射腔1间的腔门14，关闭手套箱15和溅射腔1间的腔门14；

7、调节伸缩支架5间的长度差，精确控制待镀基片9至所需倾斜角度；

8、对溅射腔1、手套箱15和过渡腔18进行抽真空，手套箱15、过渡腔18的真空度与溅射腔1的真空度一致；

9、向溅射腔1、手套箱15和过渡腔18中通入一致的工作气体；

10、调整加热台7温度；

11、开始溅射工艺，单个靶材11工作，基片旋转电机2带动待镀基片9在倾斜角度下进行旋转；

12、溅射完成，降低加热台7温度至室温；

13、打开过渡腔18和溅射腔1间的腔门14，打开手套箱15和溅射腔1间的腔门14；

14、取下待镀基片9放在传送基片架16上，通过磁力传送装置17把待镀基片9移至过渡腔18中，再把待镀基片转移至手套箱15中，完成操作。