专利名称：一种实现工件外表面均匀镀膜的磁控溅射装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种给工件外表面镀膜的磁控溅射装置和方法，特别是涉及一种实现工 件外表面均匀镀膜的磁控溅射装置及方法。
背景技术：
目前用于对工件单面镀膜的磁控溅射系统较多，例如公开号为CN1306061(专利号 为ZL200310110846.2)的中国发明专利就公布了一种平面磁控溅射一多工位镀膜装置， 它包括M(M为自然数)个平面磁控溅射靶、N(N为自然数)工件夹、真空镀膜室、工件 转盘组件，其中M个平面磁控溅射靶位于真空镀膜室底部，并垂直向上溅射；工件转盘 组件中转盘用连接杆与外部电机连接；N个工件夹均匀分布在转盘的下面。但是上述磁 控溅射装置的磁控溅射靶位于真空镀膜室底部，溅射方向垂直向上，这就需要克服溅射 粒子的自重，并且磁控溅射靶的靶头不能根据工件的大小和位置调整溅射方向，溅射的 效果不佳，另外，这种磁控溅射装置只能对工件单面进行镀膜，而不能对工件所有外表 面镀膜，并且，工件镀膜后其均匀性和一致性较差。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种磁控溅射靶的靶 头可以根据工件的大小和位置调整溅射方向的实现工件外表面均匀鍍膜的磁控溅射装 置。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种能对立体工件的 外表面所有部位均能均匀镀膜的实现工件外表面均匀镀膜的磁控溅射方法。
本发明解决上述技术第一个问题所采用的技术方案为该实现工件外表面均匀镀膜 的磁控溅射装置，包括真空室，磁控溅射耙和工件托架，其特征在于所述磁控溅射靶 安装在真空室的顶部呈密封连接结构，靶头伸入真空室内，且靶头与磁控溅射靶的连接 轴之间为可转动连接，所述工件托架安装在真空室内的底部。
这样，在对工件的外表面进行镀膜溅射时，磁控溅射靶由上向下溅射，符合重力垂 直向下的自然规律，无需克服溅射粒子的自重做功；并且由于靶头与磁控溅射靶的连接 轴之间为可转动连接，这样磁控溅射靶的靶头就能根据工件的大小和位置调整溅射方 向，以达到最佳的溅射的范围。通常是，可以根据需要调节溅射角9在45° 90°变 化；磁控溅射靶由上向下溅射。溅射角9是靶面垂直线与水平面之间的夹角。磁控溅射靶在真空室的顶部可以竖直向下安装，当然，为了更好的保证溅射效果， 这里，磁控溅射靶可以倾斜向下安装，使磁控溅射靶的靶头正对工件托架。并且，磁控 溅射靶的安装数量可以有多个，并且这些磁控溅射靶在真空室的顶部呈圆形均匀分布， 每个磁控溅射靶的靶头均装成与工件托架正对。
作为改进，所述工件托架包括一底盘，该底盘由电机转轴连接一部伺服电机及减速 机构控制，该底盘的外圆周上安装多个工件托盘。
这样，本发明在对工件进行镀膜时，可以对多个工件同时进行镀膜溅射，提高了镀 膜效率。并且，通过电机转轴带动底盘和底盘上的工件托盘转动，当对多个工件同时镀 膜溅射时，可以保证每个工件托盘上的工件溅射条件相同。
工件托盘上可以只放置一个工件，也可以放置多个工件，为了保证每个工件托盘上 各个位置所放工件的溅射条件相同，作为进一步改进，所述底盘下方、电机转轴上固定 有大齿轮，所述底盘下方、每个工件托盘的转动轴上固定有小齿轮，每个小齿轮与所述 大齿轮相啮合。这样，电机转动，带动底盘公转，底盘下大齿轮带动小齿轮转动，而小 齿轮通过工件托盘的转动轴带动工件托盘自转，实现工件托盘的公转和自转。这样，工 件托盘的公转可以保证每个工件托盘上工件的溅射条件相同，工件托盘的自转可以保证 每个托盘上各个位置所放工件溅射条件相同。
由于立体型工件在一次溅射时，与工件托盘直接接触的下表面就没有被溅射到，为 了保证工件所有外表面都能进行均匀镀膜，本发明所述真空室侧面安装有用于工件的翻 转的手动机械手，手动机械手与真空室通过真空动密封连接。这样，通过手动机械手将 放置在工件托盘进行翻转，就可以对立体型工件的所有外表面进行均匀镀膜。
当工件具有磁性时，为了更好操作工件的翻转工作，所述手动机械手内部装有永磁体。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为该实现工件外表面均匀镀膜 的磁控溅射方法，其特征在于包括以下步骤
(1) 、将需要镀膜的工件放入工件托盘，根据工件尺寸，调节磁控溅射靶的靶头的溅 射角度，使调节磁控溅射靶的靶头正对工件；
(2) 、将真空室内空气抽空，达到l 4xl(^Pa的真空度；
(3) 、转动底盘和工件托盘，使工件同时实现自转和公转；
(4) 、开启磁控溅射靶，溅射靶由上向下溅射，当工件上表面厚度是侧表面厚度的2 倍，且工件上表面厚度达到3-lO)im后，停止溅射；
(5) 、使用手动机械手翻转工件，将工件上表面朝下放置在工件托盘上，然后开启磁 控溅射靶，溅射靶由上向下溅射，当工件下表面的厚度达到与上表面的厚度一致时，停 止溅射。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过将磁控溅射靶安装在真空室的顶部并且将靶头与磁控溅射靶的连接轴之间设为可转动连接，磁控溅射耙的耙头能根据工件的大 小和位置调整溅射方向，以达到最佳的溅射的范围。通过将工件托架上的工件托盘设为 行星式转动，既保证每个工件托盘溅射条件相同，又能保证托盘上各个位置所放工件溅 射条件相同，本发明所采用的磁控溅射方法，可以对立体型工件所有外表面进行均匀镀 膜。
图1为本发明实施例中磁控溅射装置的结构图； 图2为图1的俯视图； 图3为一种六面体工件图。
具体实施例方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1和2所示的实现工件外表面均匀镀膜的磁控溅射装置，包括真空室8，真空 室8的顶部安装至少一个磁控溅射靶1，真空室8可以为圆柱形，也可以为其他任何形 状，本实施例中真空室8为圆柱形，真空室8的顶部外圆周上均匀安装有四个磁控溅射 耙l，磁控溅射靶l与真空室8呈密封连接结构，靶头10伸入真空室8内，且靶头IO 与磁控溅射耙的连接轴9之间为可转动连接，而用于放置工件的工件托架安装在真空室 8内的底部，这里每个磁控溅射靶1均倾斜向下安装，使每个磁控溅射靶的靶头10正对 工件托架。在具体的溅射镀膜过程中，磁控溅射靶的靶头10可以根据工件的大小和位 置调整溅射方向，以达到最佳的溅射的范围。
工件托架包括一底盘3，该底盘3由电机转轴7连接一部伺服电机及减速机构控制， 该底盘3的外圆周上安装多个工件托盘4。这样，本发明在对工件进行镀膜时，可以对 多个工件同时进行镀膜溅射，提高了镀膜效率。并且，通过电机转轴带动底盘和底盘上 的工件托盘转动，当对多个工件同时镀膜溅射时，可以保证每个工件托盘上的工件溅射 条件相同。
本实施例中，底盘3下方、电机转轴7上固定有大齿轮5，底盘3下方、每个工件 托盘4的转动轴11上固定有小齿轮6，每个小齿轮6与所述大齿轮7相啮合。当工件托 盘上放置多个工件，电机转动，带动底盘公转，底盘下大齿轮带动小齿轮转动，而小齿 轮通过工件托盘的转动轴带动工件托盘自转，实现工件托盘的公转和自转。这样，工件 托盘的公转可以保证每个工件托盘上工件的溅射条件相同，工件托盘的自转可以保证每 个托盘上各个位置所放工件溅射条件相同。
本实施例中，真空室8侧面安装有用于工件的翻转的手动机械手2，手动机械手2 与真空室8通过真空动密封连接。由于立体型工件在一次溅射时，与工件托盘直接接触的下表面就没有被溅射到，为了保证工件所有外表面都能进行均匀镀膜，通过手动机械 手将放置在工件托盘进行翻转，就可以对立体型工件的所有外表面进行均匀镀膜。
当工件具有磁性时，为了更好操作工件的翻转工作，手动机械手2内部装有永磁体。 本发明实现工件外表面均匀镀膜的磁控溅射的方法，包括以下步骤
(1) 、将需要镀膜的工件放入工件托盘，根据工件尺寸，调节磁控溅射靶的靶头的溅 射角度，使调节磁控溅射靶的靶头正对工件；
(2) 、将真空室内空气抽空，达到1 4xl(^Pa的真空度；
(3) 、转动底盘和工件托盘，使工件同时实现自转和公转；
(4) 、开启磁控溅射靶，溅射靶由上向下溅射，当工件上表面①厚度是侧表面②厚度 的2倍，且工件上表面①为3-l(^m，停止溅射；
(5) 、使用手动机械手翻转工件，如果工件具有铁磁性，用机械手前端将样品吸起， 再压下，将工件上表面朝下放置在工件托盘上，然后开启磁控溅射靶，溅射靶由上向下 溅射，当工件下表面③的镀膜厚度达到与上表面①的厚度一致时停止溅射。
这样，经过两轮溅射镀膜，工件的所有外表面的厚度就能达到一致，使用本发明的 方法进行镀膜，就可以使任意一种立体型工件的所有外表面均能进行均匀镀膜。
权利要求
1、一种实现工件外表面均匀镀膜的磁控溅射装置，包括真空室，磁控溅射靶和工件托架，其特征在于所述磁控溅射靶安装在真空室的顶部呈密封连接结构，靶头伸入真空室内，且靶头与磁控溅射靶的连接轴之间为可转动连接，所述工件托架安装在真空室内的底部。
2、 根据权利要求1所述的实现工件外表面均匀镀膜的磁控溅射装置，其特征在于 所述工件托架包括一底盘，该底盘由电机转轴连接一部伺服电机及减速机构控制，该底 盘的外圆周上安装多个工件托盘。
3、 根据权利要求2所述的实现工件外表面均匀镀膜的磁控溅射装置，其特征在于 所述底盘下方、电机转轴上固定有大齿轮，所述底盘下方、每个工件托盘的转动轴上固 定有小齿轮，每个小齿轮与所述大齿轮相啮合。
4、 根据权利要求1 3任意一项权利要求所述的实现工件外表面均匀镀膜的磁控溅 射装置，其特征在于所述真空室侧面安装有用于工件的翻转的手动机械手，手动机械 手与真空室通过真空动密封连接。
5、 根据权利要求4所述的实现工件外表面均匀镀膜的磁控溅射装置，其特征在于 所述手动机械手内部装有永磁体。
6、 一种根据权利要求5所述磁控溅射装置实现工件外表面均匀镀膜的磁控溅射方 法，其特征在于包括以下歩骤(1) 、将需要镀膜的工件放入工件托盘，根据工件尺寸，调节磁控溅射靶的靶头的溅 射角度，使调节磁控溅射靶的靶头正对工件；(2) 、将真空室内空气抽空，达到1 4xl(^Pa的真空度；(3) 、转动底盘和工件托盘，使工件同时实现自转和公转；(4) 、开启磁控溅射靶，溅射靶由上向下溅射，当工件上表面厚度是侧表面厚度的2 倍，且工件上表面的镀膜厚度达到3-10nm，停止溅射；(5) 、使用手动机械手翻转工件，将工件上表面朝下放置在工件托盘上，然后开启磁 控溅射靶，溅射靶由上向下溅射，当工件下表面的厚度达到与上表面的厚度一致时，停 止溅射。
全文摘要
本发明涉及一种实现工件外表面均匀镀膜的磁控溅射装置及方法，该装置包括真空室，磁控溅射靶和工件托架，其特征在于所述磁控溅射靶安装在真空室的顶部呈密封连接结构，靶头伸入真空室内，且靶头与磁控溅射靶的连接轴之间为可转动连接，所述工件托架安装在真空室内的底部。与现有技术相比，本发明的优点在于通过将磁控溅射靶安装在真空室的顶部并且将靶头与磁控溅射靶的连接轴之间设为可转动连接，磁控溅射靶的靶头能根据工件的大小和位置调整溅射方向，以达到最佳的溅射的范围。通过将工件托架上的工件托盘设为行星式转动，既保证每个工件托盘溅射条件相同，又能保证托盘上各个位置所放工件溅射条件相同。
文档编号C23C14/35GK101634011SQ20081012001
公开日2010年1月27日 申请日期2008年7月21日 优先权日2008年7月21日
发明者冒守栋, 孙科沸, 宋振纶, 李金龙 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所