[发明专利]一种掠角磁控溅射沉积工艺装备

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁控溅射沉积工艺装备，属于微纳米加工制造技术领域。

背景技术

微纳米器件的研制水平和应用程度是人类进入纳米科技时代的重要标志。由于纳米结构本身具有的尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应，及其与下一代量子结构器件紧密的联系，使得纳米结构材料成为光电子信息技术和纳米技术的核心和基础性材料之一，尤其高深宽比三维纳米结构对微纳米器件的研制和纳米应用科技的发展意义重大，在微纳米器件、光子晶体、高密度磁存储和国防尖端技术产品的制造领域具有广阔的应用前景。因此，三维纳米结构的制造技术是研制微纳米器件和开发纳米应用技术的前提和基础，不仅是当前该技术领域的学术研究热点，而且一旦有所突破后形成核心技术又上升为国家制造业最高水平的重要标志，并将成为提升一个国家生产力的关键因素。

物理气相掠角沉积技术制备尺度、形貌均可控的周期性三维纳米结构，是最新发展起来的一种人工构筑制造方法。在掠角沉积技术中，通过磁控溅射方法，原子、原子团等粒子以很大的倾斜角沉积到自身旋转的基体上，由于原子自遮蔽效应，随着沉积的不断进行，成核处优先生长构筑成高深宽比的纳米结构。掠角沉积技术的实质是原子自遮蔽效应下的物理自组装过程，通过精确控制基体的旋转和偏摆运动，可加工出高深宽比的复杂三维纳米结构。掠角沉积技术具有可加工材料范围广、效率高、低成本和绿色环保等优点，适合有关纳米产品的扩大规模生产。

对于掠角磁控溅射沉积技术来说，沉积粒子的沉积角度以及沉积基体的运动形式是决定所制备微纳结构三维形貌的重要工艺参数。到目前为止，理论研究还远远不能达到精确确定此工艺参数的水平，因此，现阶段必须通过实验来研究以上工艺参数。要完成这一实验过程，需要将以上的两个工艺参数独立控制，才能够得到其对于所制备微纳结构三维形貌的影响，进而根据其规律对工艺参数进行组合，构建出特定三维形貌以实现特殊的光电功能。由于在普通磁控溅射沉积过程中，沉积粒子从靶材脱离后，以不确定的方向向沉积基体运动，即沉积角度各不相同，无法实现沉积角度参数控制；普通基体旋转装置仅是以沉积均匀为目的，无法实现对旋转形式的精确控制，并且无法实现对于特定沉积角度与特定基体运动形式的自由组合。

发明内容

本发明的目的是提供一种掠角磁控溅射沉积工艺装备，为了实现磁控溅射沉积过程中沉积粒子沉积角度与沉积基体的运动形式两个工艺参数可独立控制并且自由组合这一目的。

本发明采用沉积基体平面可调整结构、平行板及挡板约束机构控制沉积粒子的沉积角度；采用计算机控制步进电动机驱动及蜗杆蜗轮传动实现沉积基体的特定运动形式。采用分度盘及手动旋钮调整基体平面与竖直方向夹角，即溅射沉积角度。

实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种掠角磁控溅射沉积工艺装备，所述的装备包括步进电机、基体平面调整机构及基体旋转约束机构；基体平面调整机构包括基体平面调整传动轴、分度盘、基体平面调整旋钮、基体平面调整壳体及基体平面调整架；基体旋转约束机构包括基体托盘、传动蜗轮、传动蜗杆、平行板约束沉积机构及约束机构调整架；平行板约束沉积机构包括沉积约束平行板及沉积约束挡板；步进电机的输出轴与设置在真空室内的传动蜗杆传动连接，传动蜗杆与传动蜗轮啮合，传动蜗轮设有中心圆锥孔，基体托盘上设有连接轴，连接轴外侧面设有与传动蜗轮的中心圆锥孔相配合的圆锥面，传动蜗轮与基体托盘通过圆锥面预紧连接，基体平面调整传动轴与传动蜗杆同轴设置，分度盘固定套装在基体平面调整传动轴上，分度盘设有连体蜗轮，基体平面调整传动轴与基体平面调整架二者的相邻端均同轴设有法兰，基体平面调整传动轴及基体平面调整架通过法兰连接，基体平面调整架上装有约束机构调整架，基体平面调整旋钮安装在基体平面调整壳体上，基体平面调整旋钮中部设有旋钮蜗杆，基体平面调整旋钮的旋钮蜗杆与分度盘的连体蜗轮啮合，基体平面调整壳体套装在分度盘的外部，基体平面调整壳体固定于真空室5的外侧面，平行板约束沉积机构安装在约束机构调整架上，且沉积约束平行板与基体托盘平行设置，沉积约束挡板与沉积约束平行板平行设置并位于沉积约束平行板的后面，沉积约束挡板上开有平行于沉积约束平行板平面的窄缝。

沉积约束平行板的外形为圆形板，沉积约束挡板为半圆形板。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明沉积基体的旋转运动与基体平面与竖直方向夹角可以独立控制，且沉积角度控制精确可靠；采用同轴传动形式对旋转控制和角度控制进行传动，有利于在真空室室内与室外间的运动传递；采用沉积约束平行板及沉积约束挡板对溅射粒子进行筛选，能够实现对单一特殊入射条件下表面微纳米结构的研究。