本發(fā)明涉及一種提高線型磁控濺射靶槍在凹形柱面基底鍍膜質(zhì)量的方法，屬于光學(xué)薄膜領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著我國天文探索需求的不斷增加，嵌套式掠入射聚焦x射線天文望遠(yuǎn)鏡的研制已經(jīng)提上日程。嵌套式掠入射聚焦x射線天文望遠(yuǎn)鏡的鏡片具有大尺寸、柱對稱等特點(diǎn)，而現(xiàn)有的鍍膜機(jī)大多采用自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)的行星運(yùn)動模式，這樣的運(yùn)動模式使得其制備的鏡片具有圓對稱的特性，不能滿足我們現(xiàn)在對于制備柱對稱的嵌套式掠入射聚焦x射線天文望遠(yuǎn)鏡的大尺寸柱面鏡鏡片，同時由于運(yùn)動模式的限制，使得一次性可安放的樣品數(shù)量較少，其生產(chǎn)效率不能滿足嵌套式的結(jié)構(gòu)對于鏡片大量制備需求，因此能夠批量穩(wěn)定生產(chǎn)，并且具有柱對稱性質(zhì)的大型磁控濺射鍍膜機(jī)的設(shè)計成為了研制嵌套式掠入射聚焦x射線天文望遠(yuǎn)鏡的前提。同時在望遠(yuǎn)鏡鏡片制備的過程中，由于在熱彎玻璃成型的工藝中對于凸形柱面鏡的薄膜制備需求，使得能夠同時滿足對于柱面基底凹面和凸面的薄膜制備需求也成為了這一磁控鍍膜設(shè)備的設(shè)計要求。在這樣特定的鏡片結(jié)構(gòu)和特定的生產(chǎn)需求下，一種使用線型磁控濺射靶槍的雙功能、柱對稱、大尺寸、高均勻性鍍膜機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。這種線型靶槍雖然可以很好的滿足薄膜制備的需求，但是由于長且窄的特殊靶槍形狀導(dǎo)致其濺射粒子分布較之以往常見的鍍膜設(shè)備有極大的區(qū)別，更多的濺射粒子以大角度傾斜入射的方式沉積到基底上，在成膜過程中由于濺射粒子的大角度傾斜入射，使得薄膜的生長方式受到了影響。我們知道薄膜生長過程中在薄膜的成核階段，原子入射到基板表面，失去在法線方向的分速度而附著在基板上，保留平行與基板的動能作表面移動并與其他原子一起凝聚形成原子團(tuán)。但是傾斜入射的粒子撞擊基板后法線方向的動能轉(zhuǎn)化成熱能，平行于基板方向的動能則不能抵消從而減少了表面遷移率。因此這些原子團(tuán)并不能與鄰近的核合并，在基板上留下許多空區(qū)。在成核之后的生長階段，由于入射粒子以一定的傾斜角度入射，核在基板形成幾何陰影，使入射粒子被核吸附而不能到達(dá)陰影區(qū)域。隨著濺射時間的增加，基板上的薄膜將會形成沿各種入射方向生長的柱狀結(jié)構(gòu)。這種不規(guī)則結(jié)構(gòu)導(dǎo)致薄膜中的空隙較多、晶粒大小不一等問題，在這些因素的影響下，成膜質(zhì)量大大降低，無法滿足嵌套式掠入射聚焦x射線天文望遠(yuǎn)鏡鏡片對于薄膜成膜質(zhì)量的要求。而現(xiàn)有的線型磁控濺射靶槍制備工藝技術(shù)，并不能很好的限制濺射粒子傾斜轟擊基板的入射角度，于是我們使用在本專利中介紹的技術(shù)手段，通過加裝兩種擋板限制粒子沉積時的角度，大幅度提升了線型磁控濺射靶槍鍍制凹形柱面基底薄膜的質(zhì)量，滿足了嵌套式x射線天文望遠(yuǎn)鏡鏡片的制作需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種提高線型磁控濺射靶槍在凹形柱面基底鍍膜質(zhì)量的方法，以提升線型磁控濺射靶槍在凹形柱面基底的鍍膜質(zhì)量，限制濺射粒子轟擊基板的入射角度，利用加裝擋板（掩膜板及分隔板）的方法，通過控制擋板安裝的位置和尺寸，控制濺射粒子入射到樣品表面的角度范圍，減小薄膜柱狀生長較大幅度的提升了鍍膜質(zhì)量，使之滿足嵌套式掠入射聚焦x射線天文望遠(yuǎn)鏡鏡片對于薄膜規(guī)整度的需求。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種提高線型磁控濺射靶槍在凹形柱面基底鍍膜質(zhì)量的方法，所述方法通過加裝掩膜板和分隔板的方式限制大尺寸線型磁控濺射靶槍濺射粒子入射到凹形柱面基底的角度，改善凹形柱面基底成膜質(zhì)量，具體步驟如下：

（１）在距離靶槍的靶面30mm~50mm處安裝兩塊掩膜板，所述兩塊掩膜板與靶槍的靶面平行，兩塊掩膜板的間距為35mm~80mm，用于限制水平方向濺射粒子入射到柱面基底的角度，入射到柱面基底的收集角度為34.22°~49.72°；

（２）在樣品架上方兩側(cè)對稱設(shè)置分隔板，所述分隔板平行于放置于樣品架上的樣品母線，垂直于樣品架安裝，兩塊分隔板間距為150mm以內(nèi)，所述分隔板的尺寸為45mm×240mm，用于限制豎直方向濺射粒子入射柱面基底的角度，使入射柱面基底的角度小于52°；

（３）抽取真空，使得磁控濺射腔體內(nèi)真空度達(dá)到4×10^-4pa及以下；

（４）充入濺射工作氣體ar氣，靶槍起輝，進(jìn)行薄膜的鍍制。

本發(fā)明中，所述靶槍為線型磁控濺射靶槍，該靶槍濺射面尺寸為38mm×508mm。

本發(fā)明中，所述樣品為凹形柱面基底，其直徑為100mm~260mm，母線長度在230mm以內(nèi)，弧角度在90°以內(nèi),凹形柱面基底與靶槍的靶面距離為9cm~11cm。

本發(fā)明通過加裝分隔板和掩膜板，極大地減小了濺射粒子傾斜入射到基底表面對于成膜質(zhì)量的影響，大幅度提高了成膜質(zhì)量，能夠滿足嵌套式掠入射聚焦x射線天文望遠(yuǎn)鏡鏡片對于薄膜規(guī)整度的需求，即將薄膜的粗糙度從1.5nm降低到0.5nm以下，使得反射效率大幅提升，滿足了嵌套式聚焦x射線天文望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡鏡片的鍍膜需求。

本發(fā)明通過使用掩膜板和分隔板，有效限制了濺射粒子入射到基底時的角度，減小了濺射粒子大角度傾斜入射到基底對成膜質(zhì)量的不利影響，提升了鍍膜的質(zhì)量，大幅度提升了該設(shè)備的性能。

附圖說明

圖1是掩膜板安裝正面示意圖。

圖2是掩膜板安裝側(cè)面示意圖。

圖3是分隔板安裝示意圖圖。

圖4是安裝掩膜板和分隔板之前20周期mo/si薄膜的xrr測試曲線。

圖5是安裝掩膜板和分隔板之后的20周期mo/si薄膜的xrr測試曲線。

圖中標(biāo)號：1.掩膜板，2.掩膜板預(yù)留寬度，3.靶槍，4.掩膜板預(yù)留高度，5.分隔板高度，6.分隔板，7.分隔板間距，8.基板，9.樣品架。

具體實施方式

下面通過實施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。

實施例１：

所進(jìn)行工藝改良的設(shè)備具有如下特點(diǎn)：靶槍為線型磁控濺射靶槍，該靶槍濺射面尺寸為38mm×508mm。針對該靶槍的特殊形狀，及由于其特殊形狀造成的濺射粒子入射基板的角度較大的情況，采用掩膜板和分隔板相結(jié)合的方式限制濺射粒子入射基板的角度，以此提高成膜質(zhì)量。

在制備柱面凹面鏡時，鍍制樣品為直徑170mm，弧面角度60°，軸向長210mm，厚度0.27mm的柱面d263玻璃。樣品母線沿水平方向放置，中心母線平行于靶面的樣品架，并位于在樣品架的中心位置。在樣品兩側(cè)對稱安置兩個平行于水平方向且垂直于樣品架的分隔板，分隔板尺寸為45mm×240mm，分隔板間距110mm，用以限制豎直方向濺射粒子的入射角度，此時濺射粒子豎直入射角度最大為40.97°。

在距離靶面45mm處，平行于靶面安裝兩塊40mm×550mm的掩膜板，掩膜板之間預(yù)留60mm寬間隙，起到限制濺射粒子水平發(fā)散角度的作用，此時水平發(fā)散角最大為42.57°。在限制了豎直和水平兩個維度的濺射粒子入射基底的角度后，在鍍膜參數(shù)為：靶距100mm，本底真空4×10^-4pa，濺射ar氣充入量為3mtorr，w靶功率400w，si靶功率600w時制備w/si多層膜，此時制備的成膜質(zhì)量得到極大改善，將制備的薄膜的粗糙度從1.5nm降低到0.5nm以下。

對比圖４和圖５明顯發(fā)現(xiàn)成膜質(zhì)量有了顯著的提升，主要是布拉格反射峰的規(guī)整程度和高度的提升。這里所指布拉格衍射峰是基于布拉格條件的x射線多層膜的反射現(xiàn)象，當(dāng)布拉格反射峰強(qiáng)度較高，形狀對稱規(guī)整且相對尖銳時，薄膜的粗糙度較小，我成膜質(zhì)量較好；反之，布拉格反射峰強(qiáng)度較弱，形狀不規(guī)整且相對較寬時，薄膜的粗糙度較大，成膜質(zhì)量較差。