一种四靶双离子束溅射镀膜装置的制作方法

本实用新型涉及真空镀膜设备技术领域，特别涉及一种四靶双离子束溅射镀膜装置。

背景技术：

离子束溅射沉积(IBSD) 是新材料研发领域中薄膜制备的重要方式之一，根据溅射原理，利用低能量聚焦离子束对靶材表面进行轰击，溅射的靶材淀积到衬底表面并牢固地附着在衬底表面。离子枪中的灯丝在高压下产生热电子，热电子使氩气电离成Ar⁺，在电场下加速从而形成离子束。

在局部氧压或氧离子束轰击下进行反应离子束溅射沉积(RIBD)，以制备氧化物薄膜。

离子束溅射主要用于制备金属、半导体、绝缘体的单质、合金和化合物薄膜，主要优点包括：高致密膜层结构、薄膜特性对环境稳定、薄膜纯度高且化学成分稳定、可沉积超薄薄膜、电离辐射和损伤较小( 溅射所需的电压比电子束蒸发小一个数量级)。

现有的离子束溅射镀膜机一般仅设有主离子源，主离子源对靶材进行轰击，溅射出靶材的原子或分子沉积到基片上以形成薄膜，但因靶材的原子或分子在沉积的过程中容易产生的结晶结构，如此会影响镀制出来的薄膜的质量；而一般而言基片架仅能对基片进行加热，不能同时旋转，这样在膜层沉积的过程中会导致基片加热不均匀，影响镀膜质量；因基片与靶材之间的距离是固定的，如此镀膜的沉积效率较低；另外，由于靶座只装设一种靶材，而在镀制不同的膜是需要不同的靶材，如此在镀制之前得要停机更换靶材，不利于制备多种材料的多层薄膜。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，针对上述现有技术中的不足，提供一种四靶双离子束溅射镀膜装置，其能使薄膜更加致密，提高镀膜质量，有效提高镀膜的沉积效率，方便制备多种材料的多层薄膜。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种四靶双离子束溅射镀膜装置，包括机架、真空镀膜室、主离子源、辅离子源、旋转靶座和可加热、旋转及前后移动的基片架，所述真空镀膜室装设于机架上，所述主离子源、辅离子源、旋转靶座和基片架均设于真空镀膜室内，所述主离子源的发射口对准旋转靶座，所述基片架夹设有基片，所述辅离子源的发射口对准装设于基片架上的基片，所述旋转靶座上安装有四种不同的靶材，所述旋转靶座的中心线与基片架的中心线相互叠合。

作为一种优选方案，所述四靶双离子束溅射镀膜装置还包括驱动旋转靶座转动的第一驱动电机，所述第一驱动电机安装于真空镀膜室的上方，所述旋转靶座与第一驱动电机的输出轴固定连接。

作为一种优选方案，所述四靶双离子束溅射镀膜装置还包括固定架、导杆、滑座、传动轴、主动齿轮、传动齿轮和驱动基片架旋转的第二驱动电机，所述固定架与真空镀膜室固定连接，所述导杆固定安装于固定架上，所述滑座滑动安装于导杆上，所述第二驱动电机固定安装于滑座上，所述基片架与传动轴的一端固定连接，所述传动轴的另一端穿过固定架与传动齿轮固定连接，所述主动齿轮与第二驱动电机的输出轴固定连接，所述主动齿轮和传动齿轮相互啮合。

作为一种优选方案，所述基片架设有用于将基片加热的加热器。

作为一种优选方案，所述主离子源和辅离子源的离子束能量为150-1500eV，所述主离子源和辅离子源的离子束电流为100mA。

作为一种优选方案，所述四靶双离子束溅射镀膜装置还包括中和灯丝以及中和电源，所述中和灯丝装设于主离子源和辅离子源上，所述中和灯丝与中和电源电连接。

作为一种优选方案，所述四靶双离子束溅射镀膜装置还包括抽真空系统，所述抽真空系统包括机械泵和分子泵，所述机械泵用于对真空镀膜室进行一级抽真空，所述机械泵的进气口连通分子泵的出气口；所述分子泵用于对真空镀膜室进行二级抽真空，所述分子泵的进气口连通真空镀膜室的出气口。

作为一种优选方案，所述分子泵和真空镀膜室之间设置有闸板阀。

作为一种优选方案，所述真空镀膜室设有观察窗。

作为一种优选方案，所述旋转靶座内还设有供冷却水通过的冷却管。

本实用新型的有益效果是：通过真空镀膜室、主离子源、辅离子源、旋转靶座和基片架的配合能使薄膜更加致密，提高镀膜质量；基片架既能加热，又能旋转，如此在膜层沉积的过程中能使基片加热均匀，有利于膜层生长，提高膜层的均匀性，提高镀膜质量；由于基片架能前后移动，如此便能调整基片与靶材之间的距离，以此来获得镀膜的沉积效率提高；旋转靶座上装设有四种不同的靶材，在需要更换靶材时，只需控制旋转旋转靶座进行切换，无需停机更换靶材，方便制备多种材料的多层薄膜；本装置能镀制任意材料，尤其适合蒸气压高的金属和化合物及高熔点材料的镀制，可以应用在微电子、光电、超导、类金刚石等新材料研究领域。

附图说明

图1为本实用新型之实施例的组装结构图；

图2为本实用新型之实施例的另一视图。

图中：1-机架，2-真空镀膜室，3-主离子源，4-辅离子源，5-旋转靶座，6-基片架，7-第一驱动电机，8-固定架，9-导杆，10-滑座，11-传动轴，12-第二驱动电机，13-中和灯丝，14-机械泵，15-分子泵，16-闸板阀，17-观察窗。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

如图1～图2所示，一种四靶双离子束溅射镀膜装置，包括机架1、真空镀膜室2、主离子源3、辅离子源4、旋转靶座5和可加热、旋转及前后移动的基片架6，所述真空镀膜室2装设于机架1上，所述主离子源3、辅离子源4、旋转靶座5和基片架6均设于真空镀膜室2内，所述主离子源3的发射口对准旋转靶座5，所述基片架6夹设有基片，所述辅离子源4的发射口对准装设于基片架6上的基片，所述旋转靶座5上安装有四种不同的靶材，所述旋转靶座5的中心线与基片架6的中心线相互叠合。

作为一种优选方案，所述四靶双离子束溅射镀膜装置还包括驱动旋转靶座5转动的第一驱动电机7，所述第一驱动电机7安装于真空镀膜室2的上方，所述旋转靶座5与第一驱动电机7的输出轴固定连接。

作为一种优选方案，所述基片架6设有用于将基片加热的加热器。

作为一种优选方案，所述四靶双离子束溅射镀膜装置还包括固定架8、导杆9、滑座10、传动轴11、主动齿轮、传动齿轮和驱动基片架6旋转的第二驱动电机12，所述固定架8与真空镀膜室2固定连接，所述导杆9固定安装于固定架8上，所述滑座10滑动安装于导杆9上，所述第二驱动电机12固定安装于滑座10上，所述基片架6与传动轴11的一端固定连接，所述传动轴11的另一端穿过固定架8与传动齿轮固定连接，所述主动齿轮与第二驱动电机12的输出轴固定连接，所述主动齿轮和传动齿轮相互啮合，如此基片架6既能加热，又能旋转，如此在膜层沉积的过程中能使基片得加热均匀，有利于膜层生长，提高膜层的均匀性，提高镀膜质量；基片架6能前后移动以调整基片与靶材之间的距离，以此来使镀膜的沉积效率提高。

作为一种优选方案，所述主离子源3和辅离子源4的离子束能量为150-1500eV，所述主离子源3和辅离子源4的离子束电流为100mA。

作为一种优选方案，所述四靶双离子束溅射镀膜装置还包括中和灯丝13以及中和电源，所述中和灯丝13装设于主离子源3和辅离子源4上，所述中和灯丝13与中和电源电连接，中和灯丝13的设置能对主离子源3和辅离子4源产生的束流进行中和，大大提高了镀制的稳定性。

作为一种优选方案，所述四靶双离子束溅射镀膜装置还包括抽真空系统，所述抽真空系统包括机械泵14和分子泵15，所述机械泵14用于对真空镀膜室2进行一级抽真空，所述机械泵14的进气口连通分子泵15的出气口；所述分子泵15用于对真空镀膜室2进行二级抽真空，所述分子泵15的进气口连通真空镀膜室2的出气口。在启动抽真空系统时，先启动机械泵14，当真空度在10Pa以下时，再启动分子泵15，机械泵14和分子泵15二级抽真空系统，抽真空效率高、真空度容易保证。通过机械泵14和分子泵15二级抽真空系统工作使真空镀膜室2内的真空度达到2.7*10^-4Pa。

作为一种优选方案，所述抽真空系统还设有电磁阀、放气阀、真空计、流量计、电源和镀膜控制器（图中并未示出）。

作为一种优选方案，所述分子泵15和真空镀膜室2之间设置有闸板阀16。

作为一种优选方案，所述真空镀膜室2设有观察窗17。

作为一种优选方案，所述旋转靶座5内还设有供冷却水通过的冷却管。

在镀膜前，辅离子源4先对基片架6上的基片进行短时间的轰击清洗，以此改变基片表面活性，提高制备膜层的结合力及纯度；在镀膜时，主离子源3产生的150-1500eV的能量，使100mA的离子束或中性粒子束对旋转靶座5上的靶材进行轰击，溅射出靶材的原子或分子沉积到基片上；而在沉积过程中，辅离子源4对基片表面进行低能量的轰击，增强沉积原子表面扩散和迁移，从而改善薄膜的微观结构，减少其生长过程中产生的结晶结构缺陷，使薄膜更加致密，提高镀膜质量。

本实用新型的有益效果是：通过真空镀膜室2、离子源3、辅离子源4、旋转靶座5和基片架6的配合能使薄膜更加致密，提高镀膜质量；基片架6既能加热，又能旋转，如此在膜层沉积的过程中能使基片得加热均匀，有利于膜层生长，提高膜层的均匀性，提高镀膜质量；由于基片架6能前后移动，如此便能调整基片与靶材之间的距离，以此来获得镀膜的沉积效率提高；旋转靶座5上装设有四种不同的靶材，在需要更换靶材时，只需控制旋转旋转靶座5进行切换，无需停机更换靶材，方便制备多种材料的多层薄膜；本装置能镀制任意材料，尤其适合蒸气压高的金属和化合物及高熔点材料的镀制，可以应用在微电子、光电、超导、类金刚石等新材料研究领域。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施方式，凡是依据本实用新型的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。