技术摘要：
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 全部
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。
技术实现要素：
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 3 CN 111607770 A 说 明 书 2/4 页 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。 一种优选的磁控溅射靶中永磁体的结构是，所述永磁体包括环形磁体和柱状磁 体，二者同轴且磁化方向与轴平行，所述环形磁体的磁化方向与所述柱状磁体的磁化方向 相反。 优选的，所述的每个磁控溅射靶以共溅射的方式倾斜安装，其中倾斜角度为30度 至45度，靶中心距离样品的工作距离为15厘米至20厘米。 优选的，所述电子枪的加速电压在30keV及以上。 为了更好的分析RHEED的图像信息，实现RHEED的自动化测量，该设备还包括该设 备还包括RHEED电子枪的控制器以及用于采集和处理摄像头信息的微型计算机，所述RHEED 电子枪的控制器与所述电子枪电连接，所述微型计算机与摄像头电连接。 有益效果：相比于现有的磁控溅射设备，本发明实现了在磁控溅射设备中存在磁 场的情况下进行RHEED测量，具有如下优点：1)通过对6个磁控溅射靶的特殊布局，使得六个 靶的磁场在样品周围相互抵消，减小对RHEED测量电子束的偏转。2)可以在样品表面溅射薄 膜的同时对样品进行直接的测量，并且在样品周边不需要设置传感器。3)可以在样品表面 溅射薄膜的同时对样品进行连续的测量，RHEED测量对样品表面及薄膜的溅射过程无影响， 测量过程于溅射过程可以同时进行。4)可以通过RHEED测量实现对薄膜厚度参数的纳米级 测量，实现高精度控制薄膜的厚度。 附图说明 图1是本发明所述磁控溅射设备的外部结构图，包括1(a)主视图和1(b)左视图； 图2是本发明所述磁控溅射设备的内部结构图，包括2(a)主视图和2(b)左视图； 图3是本发明所述的磁控溅射靶的结构示意图； 图4是本发明所述的磁控溅射设备中磁场对RHEED测量所需的电子束偏转情况的 模拟。
