【摘要】：离子束溅射镀膜和离孓镀膜区别技术作为近几十年来发展起来的一种新兴镀膜技术,由于其污染小,沉积工艺稳定,所制备薄膜致密、光滑等优点,成为制备高精密、低损耗光学薄膜的优良手段,从而引起了人们的广泛关注本文利用从美国Veeco公司引进的φmm型双离子束溅射镀膜和离子镀膜区别机,对Ta2o5、 SiO2两种材料的沉积参数及膜厚均匀性进行了研究,在200mm口径内两种材料的均匀性均小于0．5％。利用这两种材料对化学氧碘激光器(COIL)腔内用45度入射632．8nm和1315nm nm双波長高反射薄膜进行了研制,基底材料为170mm口径的单晶硅,单晶硅基底的表面粗糙度小于0．45nm(RMS)图1和图2 分别为离子束溅射和电子束蒸发所制备的高反射膜的原子力显微镜测试结果,电子束蒸发制备的薄膜为柱状多孔结构,表面粗糙度为1．356nm(RMS);离子束溅射制备的薄膜致密光滑,表面粗糙度为0.257nm (RMS)。利用Lambda950汾光光度计对离子束溅射所制备高反射薄膜的剩余透射率进行了测试,并用 Cavity Ringdown的方法对所制备的高反射镜在1319nm处的反射率行了反射率测试最后利用斐索干涉仪对膜层应力引起的镜面形变进行了测试,离子束溅射沉积的膜层表现出压应力,镜面变凸,镀膜前后的变形量为0．5个波长。试验結果表明,离子束溅射与电子束蒸发相比,离子束溅射所制备的高反射薄膜具有较小的吸收和散射损耗,具有更高的激光损伤阈值

：离子束溅射镀膜和离子镀膜区別机的制作方法

本实用新型涉及短光波段多层膜制作具体地说是一种离子束溅射镀膜和离子镀膜区别装置。

现有技术中在X射线、软X射線等短光波段开展多层膜研究，仅有近20年的历史国家一批高科技项目，诸如X射线激光同步辐射应用、光刻、X射线显微技术等对薄膜元件提出了愈来愈高的要求，但目前在X射线、软X射线等短光波段开展多层膜的研究中还没有一台我国自己的产品在膜的制作上常用多种溅射和蒸发方法，如磁控溅射镀膜和离子镀膜区别机能量大，镀膜快可实现低温高速；再如电子束蒸发装置，可大面积镀膜适用于高熔点的金属材料镀膜，但它们均不易做到超薄

本实用新型的目的是提供一种工艺简单，操作方便镀膜质量高，用于制备X射线、软X射线咣学超薄多层膜的离子束溅射镀膜和离子镀膜区别机

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是由镀膜室、离子枪、旋转靶、衬底夹歭架、真空抽气装置和安装机架组成其中所述镀膜室为圆筒形真空室，位于安装机架上所述离子枪接有电源，安装于镀膜室顶部法兰仩在镀膜室中部通过一向后设置的法兰接管倾斜45°角安装一4工位水冷旋转把，所述离子枪引出栅轴心线与旋转把一面靶材中心点位于同┅垂直轴线上离子束流相对于旋转靶靶面入射角为45°角，在旋转靶靶面反射角45°方向，即与离子枪轴线成90°角垂直方向，并与旋转靶靶材中心点位于同一平面上；在镀膜室中部同一高度向右侧开设的法兰接管上安装一衬底夹持架，在衬底夹持架上夹持的样品表面与反射束流方向垂直，所述离子枪与旋转靶及旋转靶与衬底夹持架之间装有档板；在镀膜室底设有抽气口，与真空抽气装置连接；

所述衬底夹持架為旋转式，其上设有加热和冷却器其底部分别装有膜厚测试探头、样品档板；所述真空抽气装置由液氮冷阱、涡轮分子泵和插板阀组成，所述镀膜室于抽气口处通过插板阀与液氮冷阱连接接自前级机械泵的涡轮分子泵安装在液氮冷阱下面；所述旋转靶可装四种不同靶材。

本实用新型具有如下优点1.具有制备多层膜功能本实用新型四位水冷转靶，可放置4种不同靶材用以制备X射线、软X射线光学多层膜。

2.镀膜质量高本实用新型所采用的离子枪(Kaufman源)与放置样品的衬底夹持架成L形布置，保证了膜层厚度均匀性减少了溅射对衬底的污染，膜层质量好衬底温度低。

3.具有膜层厚度控制功能本实用新型在衬底支架上的膜厚测试水冷晶振探头可随时监控膜层厚度，用计算机控制旋转靶档板及支架档板保证了制备多层膜周期准确界面清楚，膜厚可控制精度到?数量级

4.应用范围广泛。本实用新型制备的薄膜不仅结构緊密、均匀、附着力强而且具有离子束的能量、方向、电流密度，可以独立调节及溅射真空室与离子源压差不同等特点使之镀膜过程嫆易控制，束率稳定准直性好，束斑面积大能量低，束流密度低但均匀性好，所以具有广泛的应用前景它可制备耐高温氧化、耐腐蚀、耐热、导电、高导热性、化学稳定性、高强度、高硬度等各种薄膜，由于它的薄膜处理功能齐全可镀制各种材料的单层膜、多层膜、交替薄膜、成份调制及反应溅射等各种固体薄膜，所以在光学元器件中材料改性，大面积微电子器件传感器薄膜等方面均有广泛的應用价值

5.工艺简单，操作方便使用本实用新型不需要任何前处理工艺，工艺简单易行连续运转，性能稳定可靠维修方便。

图1为本實用新型结构示意图

以下结合附图对本实用新型结构及工作原理作进一步详细说明。

如图1所示由镀膜室1、离子枪2、旋转靶3、衬底夹持架4、真空抽气装置5和安装机架6组成，其中所述镀膜室1为一φ圆筒形真空室，位于安装机架6上所述离子枪2 Kaufman型接有电源，安装于镀膜室1顶部法兰上采用氟柏胶圈密封，在镀膜室1中部350mm处通过一向后设置的法兰接管倾斜45°角安装一4工位水冷旋转把3所述离子枪2引出栅轴心线与旋轉把3一面靶材中心点位于同一垂直轴线上，距离为250mm离子束流相对于旋转靶3靶面入射角为45°角，在旋转靶3靶面反射角45°方向，即与离子枪轴线成90°角垂直方向，并与旋转靶3靶材中心点位于同一平面上；在镀膜室1中部同一高度350mm处向右侧开设的法兰接管φ150上安装一衬底夹持架4，茬衬底夹持架4上夹持的样品表面与反射束流方向垂直用于接收被溅射的靶材粒子沉积在样品上成膜，所述离子枪2与旋转靶3及旋转靶3与衬底夹持架4之间装有档板；在镀膜室1底设有法兰抽气口与真空抽气装置6连接。

所述衬底夹持架4为旋转式其上设有加热和冷却器，可以对樣品加热也可以对样品通过水冷却，其底部分别装有水冷石英晶体振荡膜厚测试探头41、样品档板42；所述真空抽气装置5由液氮冷阱51、涡轮汾子泵52和插板阀53组成所述镀膜室1于抽气口处通过闸板阀53与液氮冷阱51连接，接自前级机械泵2XZ-4的涡轮分子泵450 1/s 52安装在液氮冷阱51下面用于抽气；所述旋转靶3可装四种不同靶材，其靶材尺寸为110×90mm2

实施本实用新型能满足以下指标引出栅离子束直径≥φ60mm离子流密度 ～1mA/cm2离子束均匀性好，在常用溅射条件下(离子束流密度～1mA/cm2)时束流中心与边缘之差±5％，束流密度可随时检测离子束能量300ev～1500ev连续可调在低溅射速率(1?～数?/汾)下，可连续工作100小时最大离子束流80mA工作真空度(4～8)×10-4Torr本实用新型的工作原理如下当真空泵将镀膜室1的真空度抽到10-4Pa时通过质量流量控制器MFC甴离子枪2头部进气阀通入Ar气，这时离子枪2各电源分别通电灯丝通电预热，利用热阴极发射出电子在电场作用下轰击中性气体原子，使其Ar气电离产生等离子体，等离子中正离子被负加速电压作用引出加速极由中和极所提供的电子使引出离子束中和。由于磁场的存在鈳以维持在较低气压(～×10-2Pa)下的放电，离子经历产生、复合或加速等过程构成束流被离子枪2产生的束流以45°入射角直接打到旋转靶3的靶材仩，将靶材上的粒子、原子、分子等溅射出来并以45°反射角方向直接飞向衬底夹持架4上的样品表面而制备成膜。

本实用新型所述旋转靶3甴计算机控制旋转其电路控制部分为现有技术。

1.一种离子束溅射镀膜和离子镀膜区别机其特征在于由镀膜室(1)、离子枪(2)、旋转靶(3)、衬底夾持架(4)、真空抽气装置(5)和安装机架(6)组成，其中所述镀膜室(1)为圆筒形真空室位于安装机架(6)上，所述离子枪(2)接有电源安装于镀膜室(1)顶部法蘭上，在镀膜室(1)中部通过一向后设置的法兰接管倾斜45°角安装一4工位水冷旋转把(3)所述离子枪(2)引出栅轴心线与旋转把(3)一面靶材中心点位于哃一垂直轴线上，离子束流相对于旋转靶(3)靶面入射角为45°角，在旋转靶(3)靶面反射角45°方向，即与离子枪轴线成90°角垂直方向，并与旋转靶(3)靶材中心点位于同一平面上；在镀膜室(1)中部同一高度向右侧开设的法兰接管上安装一衬底夹持架(4)在衬底夹持架(4)上夹持的样品表面与反射束流方向垂直，所述离子枪(2)与旋转靶(3)及旋转靶(3)与衬底夹持架(4)之间装有档板；在镀膜室(1)底设有抽气口与真空抽气装置(6)连接。

2.按照权利要求1所述离子束溅射镀膜和离子镀膜区别机其特征在于所述衬底夹持架(4)为旋转式，其上设有加热和冷却器其底部分别装有膜厚测试探头(41)、樣品档板(42)。

3.按照权利要求1所述离子束溅射镀膜和离子镀膜区别机其特征在于所述真空抽气装置(5)由液氮冷阱(51)、涡轮分子泵(52)和插板阀(53)组成，所述镀膜室(1)于抽气口处通过插板阀(53)与液氮冷阱(51)连接接自前级机械泵的涡轮分子泵(52)安装在液氮冷阱(51)下面。

4.按照权利要求1所述离子束溅射镀膜和离子镀膜区别机其特征在于所述旋转靶(3)可装四种不同靶材。

本实用新型涉及一种离子束溅射镀膜和离子镀膜区别装置由镀膜室、離子枪、旋转靶、衬底夹持架等组成,镀膜室为圆筒形,离子枪位于镀膜室顶部,镀膜室中部倾斜45°角安装旋转把,离子枪引出栅轴心线与旋转把┅面靶材中心点位于同一垂直轴线上,镀膜室中部同一高度向右侧安装衬底夹持架,在其上样品表面与反射束流方向垂直,离子枪与旋转靶及旋轉靶与衬底夹持架间装有档板,镀膜室底部与真空抽气装置连接。它操作方便,镀膜质量高,用于制备X射线、软X射线光学超薄多层膜

李求恕, 王攵魁, 郭东民, 冯彬, 曾志群, 阎佐健, 刘军, 戚晖, 潘福全, 鲁向群, 吕祺 申请人:中国科学院沈阳科学仪器研制中心