多工位平面磁控溅射镀膜装置

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众所周知，磁控溅射可实现金属、非金属单质及化合物等镀膜。但是现有平面磁控溅射装置所溅射出的薄膜面积较小、均匀性和一致性较差，具体表现在：
（1）现有磁控溅射设备所溅射出的薄膜均匀区域的面积较小；
（2）为了溅射出具有较大均匀区域的薄膜，通常需要将靶的尺寸做得很大；
（3）现有的平面磁控溅射设备工件装载量小，只有一个工件夹，而本设备可装载多个工件夹，各个工件对称，从而大大提高了薄膜的批量一致性。
3.2.1 结构








图3-2  射频磁控溅射系统的照片
Fig. 3-2 The photograph of the Rf magnetron sputtering system
我们针对现有平面镀膜设备所存在的不足，提出一种工件装载量大即多工位、镀膜均匀性好、易于推广应用的平面磁控溅射镀膜装置，溅射系统见图3-2，镀膜装置的几何结构如图3-3所示。

图3-3  射频磁控装置结构示意图
Fig. 3-3 Schematic diagram of the Rf magnetron sputtering apparatus
在图3-3中，各部位的名称分别是：1—平面磁控溅射靶、2—工件夹、3—转盘、4—连接杆、5—小齿轮、6—小齿轮、7—连接杆、8—自转电机、9—公转电机、10--连接杆、11—中齿轮、12—连接杆、13—大齿轮、14—连接杆、15—加热器、16—充气孔、17—真空镀膜室、18—真空镀膜室底、19—真空抽气组。
该装置的连接特征是：真空室底部有真空抽气组19；M（M为自然数）个平面磁控溅射靶1、加热器15和充气孔16都位于真空室底部18；转盘3用连接杆14与公转电机9连接；N（N为自然数） 个工件夹2均匀分布在转盘3的下面，通过连杆4穿过转盘3与齿轮5连接在一起，齿轮5安装在转盘3上面；小齿轮6通过连接杆7与自转电机8连接在一起，中齿轮11通过连接杆10固定在真空室17中，中齿轮11与小齿轮6咬合，大齿轮13通过连接杆12与中齿轮11固定在一起。
3.2.2 工作原理
（1）自转原理：外部电机8带动连杆7，连杆7带动小齿轮6转动；中齿轮11与小齿轮6咬合，小齿轮带动中齿轮11转动；中齿轮11带动大齿轮13转动，大齿轮13与N个小齿轮5咬合在一起，大齿轮13带动N个小齿轮5自转；N个小齿轮带动N个工件夹2自转，从而实现了自转。
（2）公转原理：外部电机9通过连接杆14带动转盘3转动，N个工件夹2和N个齿轮5固定在转盘3上，所以工件夹2和小齿轮5公转，从而实现了公转。

图3-4  射频磁控装置中的主要部件位置关系示意图
Fig.3-4 Schematic diagram of the ubiety in the magnetron sputtering system
（3）由于N个基片同时作公、自转，因而可以对N个工件夹上的基片同时进行镀膜溅射。基片与靶的位置关系及转动过程如图3-4所示。
3.2.3 特点
（1）与现有的具有公、自转的磁控溅射装置区别在于：本装置为平面磁控溅射装置，它的公、自转速度及公自转转速比可调，从而能够使基片基本实现面扫描，制备出均匀的薄膜；
（2）具有公、自转且速度可调，同时基片中心与靶心不重合，所以对于同样大的靶，显著地提高了溅射薄膜的面积；
（3）本装置可以实现N个工位同时公转和自转, 一次可以在多个（N个）基片上沉积薄膜，一致性好。
我们制作的磁控溅射多工位镀膜设备的结构参数分别为：工件夹的个数N＝6，靶位个数M＝3，靶的直径φ=120㎜，靶基距h=70㎜~80mm，靶的中心与基片中心相距30mm。