[发明专利]多片双面薄膜快速沉积装置

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜沉积技术。

背景技术

溅射方法制备的YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)超导层具有优异的微波性质，在液氮温度、10GHz下，其微波表面电阻(Rs)比Cu低两个数量级，用其制作的微波器件可广泛各个领域中。

传统的溅射方法制备薄膜有几个技术问题，①沉积速度慢，②制备的薄膜均匀性受限制，③产量低。采用平面靶溅射虽然能大大提高溅射速率，但是由于氧负离子反溅射问题在YBCO薄膜制备中的危害会严重薄膜的成分和电学性能而被抛弃。倒筒靶设计以及基片旋转的方式能解决负离子反溅射问题，但是由于靶基距较大不能得到较快的沉积速率从而影响制备效率。

美国专利（US6632282）公开了一种盘式多片材料沉积基片夹具系统，能够同时实现6片2英寸薄膜的均匀沉积。但该系统只能实现单面薄膜的沉积制备，而且该系统采取环状限位机构，对基片造成过大的遮挡，只有实现1.6英寸范围内薄膜的均匀分布，难以满足2英寸YBCO薄膜的应用要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种多片双面薄膜快速沉积装置，实现同时多片双面薄膜的快速制备，制备的薄膜样品具有良好的面内均匀性和两面一致性。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，多片双面薄膜快速沉积装置，包括基片台、传动机构、靶材盒，基片台和传动机构连接，其特征在于，所述基片台设置有至少两个通孔，通孔的两端设置有点式限位机构，基片台设置于第一加热片和第二加热片之间的加热腔中，第一加热片和第二加热片设置有作为沉积区的开口，开口位置与基片台上的通孔位置适配。

进一步的，第一加热片的开口和第二加热片的开口都与同一个通孔的位置适配。

所述靶材盒设有长方体形的槽，沿槽的内壁设置有陶瓷靶材，靶材盒还设置有包括水冷装置。

陶瓷靶材由导电胶牢固的粘在长方体槽内壁。

所述基片台、第一加热片和第二加热片处于平行的三个平面。

所述点式限位机构由三个互成120度夹角分布于通孔周边的限位点构成。

点式限位机构是指限位机构以离散的点状设置在通孔周围，优选为相互夹角120度的三点式分布，限位点可以由限位杆或限位片构成。

本发明的有益效果是，靶材盒独特的结构，既能有效抑制氧负离子的反溅射，又能具备平面靶溅射速率快的优点，另外可以将靶基距减小，达到提高薄膜沉积速率的目的；靶材盒的设计，可以很容易的用数学工具MATLAB仿真制得膜厚补偿挡片，从而制得高均匀性的薄膜。同时，也可以通过靶中心与基片中心错位的方式来提高薄膜厚度的均匀性。

本发明独特的基片台设计和旋转调节，可以实现6片/批次薄膜的均匀性制备；

本发明可以实现在衬底的两面同时快速生长薄膜，并且保证衬底两面薄膜的均匀性和两面的一致性，制备效率提高10倍以上。

本发明的点式限位机构对基片的遮挡极小，能够实现2英寸范围内薄膜的均匀分布。

附图说明

图1是本发明的一个具体实施方式——6孔基片台的示意图。图中,1为基片台，2为基片台的开孔，孔径为51.2mm，3为待镀膜的基片，直径为50.8mm，4为限位机构。

图2是6孔基片台的立体示意图。

图3是传动装置示意图。图中5为转动电机，6是传动杆，7是右盒型靶，8是左盒型靶。

图4是靶材盒结构示意图。其内部长方体槽内面都是YBCO陶瓷靶材（阴影部分所示）。12是冷却水箱。

图5是螺旋加热器示意图（上盖为透明方式，以便于表示内部基片台）。基片台放置于加热腔内部，图中13为加热腔外壳，屏蔽热量的辐射。

图6是去掉基片台后的螺旋加热器的示意图。第一加热片15和与其平行设置的第二加热片16内设置有螺旋发热丝。加热器右侧的开口是薄膜沉积区。基片公转到此区域时，被两侧靶溅射发射出的余辉沉积上双面形成薄膜。

图7是随着转动时间基片位置进行自转，与基片台的相对位置自转示意图。

图8是2英寸薄膜厚度分布示意图。YBCO薄膜约为850nm，中心区域1.8英寸范围内膜厚起伏小于3%，1.8英寸外两侧的区域由于被三角形挡片遮挡，膜厚为中心区域膜厚的约85%。

图9是自转良好的基片与不自转的基片Jc性能均匀性对比。可以看出自转良好的基片能够取得很高的面内均匀性。