[发明专利]兼容反射式高能电子衍射测量的磁控溅射设备

说明书

本发明公开了一种兼容反射式高能电子衍射测量的磁控溅射设备，包括六个及以上的偶数个磁控溅射靶，均位于样品下方的同一平面上并均匀分布环绕着样品在该平面的投影，且若干个磁控溅射靶以共溅射的方式倾斜安装，靶中心均指向样品，相邻磁控溅射靶中永磁体的磁化构型相反；该设备还包括用于RHEED测量的电子枪、荧光屏和摄像头，均设于真空腔体主体上，所述电子枪发射电子束掠入射至样品表面，从样品出射的电子束在所述荧光屏上成像，由摄像头采集RHEED的图像信息。本发明实现了在磁控溅射腔体内存在磁场的情况下，兼容反射式高能电子衍射测量，可以对样品表面的薄膜溅射过程实现原位实时的监测。

技术领域

本发明涉及一种磁控溅射设备，尤其涉及一种兼容反射式高能电子衍射测量的磁控溅射设备。

背景技术

磁控溅射是一种常用的物理气相沉积设备，其具有沉积速率快，适用材料广，沉积的薄膜与基片结合力强并且工艺重复性好等特点，因此被广泛应用于工业及科研中。其主要的原理为在氩气环境下，使用高电压使气体电离并加速得到的正离子，正离子最终以高速撞击位于负极的靶材上，使得靶材上射出原子。这些原子在靶材正面以余弦分布溅射离开靶材，最终沉积在基片上形成薄膜。磁控溅射在靶材表面设置了一个闭合磁场来捕获电子，这样提高了初始电离氩气过程的效率，又降低了生成等离子体所需要的气压。一方面，这样的设计可以减少背景气体渗入生长的薄膜中，得到高质量的薄膜，另一方面，减少了背景气体对溅射原子的散射，提高了薄膜沉积的速率。这一技术在微电子和玻璃行业得到了广泛的应用。

反射式高能电子衍射测量(Reflection High Energy Electron Diffraction，简写为RHEED)是一种常用的无损探测薄膜生长过程及进行表面研究的技术。其主要原理为使用一个电子枪将一束电子加速至5-100KeV，这个电子束以掠入射(入射角一般小于3度)的方式照射到样品上。由于是掠入射，电子束置于样品表面的几层原子可以与电子发生相互作用，所以RHEED是一种表面敏感的技术。由于电子与气体散射较小，可以用于存在气体环境下的样品表征，并且不会损伤样品，因此RHEED测量设备常常集成于镀膜设备中(如激光脉冲沉积(PLD)和分子束外延(MBE))，用于镀膜过程中的实时原位监测。但是在磁控溅射设备中，由于溅射靶表面存在束缚电子的磁场，电子束收到外溢出来的磁场的作用会发生偏转和发散，因此RHEED测量设备难以集成于磁控溅射系统之中，磁控溅射系统中薄膜生长过程的监测仍是一个尚待解决的问题。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种集成反射式高能电子衍射测量(RHEED)的磁控溅射设备，能够在磁控溅射设备中实现薄膜生长过程中的RHEED测量，达到磁控溅射法沉积薄膜过程中的原位实时监测的目的。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种兼容反射式高能电子衍射测量的磁控溅射设备，包括包括真空腔体主体、真空泵、样品架、磁控溅射靶及其电源以及用于调节腔体内气压的流量计和气瓶，所述磁控溅射靶包括靶材和束缚电子于靶材附近的永磁体。所述磁控溅射靶的数量为大于等于6的偶数，均位于样品下方的同一平面上并均匀分布环绕着样品在该平面的投影，且若干个磁控溅射靶以共溅射的方式倾斜安装，靶中心均指向样品，相邻磁控溅射靶中永磁体的磁化构型相反；该设备还包括用于RHEED测量的电子枪、荧光屏和摄像头，均设于真空腔体主体上，所述电子枪发射电子束掠入射至样品表面，从样品出射的电子束在所述荧光屏上成像，由摄像头通过观察窗采集RHEED的图像信息。

为了进一步减弱电子束路径上的磁场，电子枪前端的电子枪出口和荧光屏的外部分别设置由μ合金制作的屏蔽保护罩，所述屏蔽保护罩的前端延伸至样品架附近。

进一步的，所述电子枪出口指向样品，且距离样品10cm以内，用以减少电子束到达样品之前受到磁场及气体的散射影响；为了保护荧光屏不受污染并且利于摄像头观测，所述荧光屏与样品的距离为10cm以上。