[实用新型]利用离子束溅射法制备微纳米结构薄膜的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及微纳米结构薄膜制备技术，具体地，涉及一种利用离子束溅射法制备微纳米结构薄膜的装置。

背景技术

最近十几年，随着微纳米加工技术的迅速发展，其最小加工尺度向几十纳米迈进，并且加工精度也越来越高（可以达到几个纳米），这对微纳米结构的薄膜沉积技术提出了更高的要求。比如，在新兴的纳米光子学、纳米电子学等前沿科学研究中，我们经常需要制备具有一定微纳米结构的金属薄膜。在这一领域的基础研究中，蒸镀技术（如热蒸镀、电子束蒸镀）由于产生的原子、原子团簇等粒子的能量较低，其对光刻胶掩膜的损坏较小，易于脱膜，因而目前得到较为广泛的应用。但是，采用这种技术沉积薄膜存在一定的问题，比如薄膜与基底的结合力相对较差以及原材料利用率低等问题，这将会在未来纳米集成回路的产业化过程中成为人们不可回避的问题。

溅射镀膜是一种重要的薄膜沉积工艺，它与蒸镀一起构成物理气相沉积的两种重要技术，其在目前的工业化生产中发挥着举足轻重的作用。大面积薄膜沉积工艺或微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems,简称MEMS）中用到的图形结构一般在几个微米以上，物理气相溅射薄膜沉积技术由于节省原材料、薄膜与基底结合牢固以及致密性好等优点而在这一领域的科研和工业化生产中发挥着重要的作用。物理溅射镀膜技术尽管具有上述蒸镀技术不可比拟的优点，但是在制备尺寸越来越小的纳米结构单元的基础研究中，这种技术却几乎不为人们所采用。众所周知，相对于蒸镀过程而言，溅射镀膜过程中的原子、原子团簇等粒子能量大约是其几十倍。当制备的图形尺寸越来越小时，其光刻胶掩膜的厚度也相应变薄（具体来说，光刻胶掩膜的厚度不超过图形尺寸的三倍）。因此，物理溅射镀膜过程中的高能量粒子将对这种相对很薄的光刻胶掩膜产生巨大破坏作用，特别是对掩膜上微纳米结构的边缘部分，同时它也给脱膜工艺造成困难，从而导致微纳米结构薄膜的质量迅速降低。

如果能够降低溅射技术中高能量的粒子对光刻胶掩膜的破坏作用，就可以将这种溅射镀膜工艺用于微纳米结构薄膜的制备过程中。具体而言，主要需要解决以下两个方面的问题：首先，降低溅射粒子在沉积薄膜时的能量；其次，进一步增强溅射粒子的方向性，减少斜入射粒子对光刻胶边缘产生的巨大破坏。本实用新型中，以离子束溅射镀膜技术为例，通过在这套设备中增置一套准直过滤装置，可以明显提高微纳米结构薄膜的质量。这种技术简便可行，不仅能够提高微纳米结构薄膜的质量，而且能够利用目前产业化的物理溅射设备进一步推动纳米集成回路的工业化进程。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种利用离子束溅射法制备微纳米结构薄膜的装置。

根据本实用新型的一个方面，提供一种利用离子束溅射法制备微纳米结构薄膜的装置，包括离子束溅射装置和准直过滤装置，准直过滤装置与离子束溅射装置的样品架连接，准直过滤装置包括：圆盘、若干过滤网和多个圆环，圆盘的下表面与样品架连接，各圆环依次重叠设置在圆盘上表面，过滤网设置在各圆环之间。

优选地，圆盘和圆环上均设置有开孔，圆盘和圆环通过开孔由螺钉固接至样品架。

优选地，过滤网的数量为一个，圆环的数量为两个；或过滤网的数量为两个，圆环的数量为三个。

优选地，圆盘的直径为4英寸，厚度为3mm。

优选地，过滤网为正方形，其中心网孔部分为圆形，且网孔为六角形结构。

优选地，过滤网的厚度为50μm，边长为50mm，中心网孔部分直径为42mm，网孔孔径为100μm，肋宽为40～50μm。

优选地，圆环外径为4英寸，内径为45mm，厚度为3mm。

优选地，圆盘、过滤网和圆环均采用不锈钢材料制成。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种利用离子束溅射法制备微纳米结构薄膜的方法，包括以下步骤：

步骤1：制备具有光刻胶聚甲基丙烯酸甲酯掩膜的样品；

步骤2：打开离子束溅射设备的主电源，充入氮气，打开真空腔室；

步骤3：将步骤1制备的样品固定于准直过滤装置的圆盘上，将过滤网夹持在圆环之间，并将准直过滤装置固定于离子束溅射装置的样品架；

步骤4：依次开启真空腔室样品台的水冷系统和机械泵电源，当真空度高于1Pa后，开启分子泵；当真空腔室本底真空度达到2*10^-4Pa后，开启离子束溅射沉积设备；