CN100513633C - 带有可转动的磁控管的大面积组件的镀膜机 - Google Patents

带有可转动的磁控管的大面积组件的镀膜机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一用于镀膜的镀膜机，特别是通过阴极溅射方法对大面积基片镀膜的镀膜机，该镀膜机带有一镀膜室，且其中设置一阴极组件(2)，在该阴极组件(2)中，用于溅射的材料被设置在具有圆筒形表面的靶(4)上，在靶(4)的内部设置有磁体(3)或磁体组件，并设有用于在镀膜过程期间使所述靶绕所述磁体或磁体组件连续转动的装置，其中，在用于连贯镀膜区域的单一的镀膜室中，多于3个的带有可转动的、圆筒形的靶(4)的阴极组件(2)被并排地设置，其中边缘的两个阴极组件向内进一步朝向基片移动，和/或被推动直到更接近临近的阴极组件。

Description

带有可转动的磁控管的大面积组件的镀膜机
技术领域
本发明涉及一种用于镀膜的镀膜机，特别是通过阴极溅射对大面积基片镀膜的镀膜机。
背景技术
镀膜机已经在很长的一段时间被人们所了解且被广泛使用以达到各种镀膜目的，该镀膜机是通过阴极溅射的方式在基片上镀膜。镀膜机的设计和制造工艺根据镀膜必须满足的特定要求而发生很大的变化。例如有很多种不同的阴极，如平板阴极，磁控管阴极，可旋转磁控管等等。由于带有平面阴极，所以要被溅射的镀膜材料被构造成扁平形的靶，且所谓的可旋转的阴极的靶表面被弯曲，具体被构造成一种圆柱形管体的形式。在镀膜过程中，由于圆柱形管体的连续转动，靶材料被均匀地溅射，从而避免出现可影响镀膜质量的局部集中溅射和由此产生的纹槽。
通过使用所述的磁控管阴极或磁控管，同样可达到改善镀层的目的，依靠上述磁控管阴极或磁控管，溅射靶后面的磁体组件可使在靶前形成等离子更容易，同时使等离子更加稳定和均匀。使用所述的旋转磁电管也是特别为人们所公知的，其中磁体或磁体组件被同心地设置在圆柱形管状靶的内部。这种可移动的磁控管用于例如为建筑玻璃镀膜的连续运行的串联式(in-line)的镀膜机。本领域的实际应用通常在镀膜工作室内并排设置两个这样的磁控管。这种布置的缺点是仅有一小块镀膜区域能够获得具有恒定镀膜厚度的均匀镀膜。这就，对面积较大的表面来说，即面积较大的基片，就必须移动需被镀膜的基片。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镀膜机，且特别是一种阴极组件，通过使用该阴极组件可以对较大面积的基片均匀镀膜，并且特别是在镀膜过程中，可使多余喷涂形成的材料损耗较低。另外，该镀膜机还易于装设立和操作。
这一目的可依靠如下的一种镀膜机实现。该镀膜机用于镀膜，特别是通过阴极溅射对大面积基片镀膜，其具有一镀膜室和设于镀膜室内的一阴极组件，在该阴极组件处待溅射的材料被定位在靶上，该靶在具有圆筒形表面，在靶的内部设置有磁体或磁体组件，并设有用于在镀膜过程期间使所述靶绕所述磁体或磁体组件连续转动的装置，其中，在用于连贯镀膜区域的单一的镀膜室中，多于3个的带有多个可转动的、圆筒形的靶的阴极组件被并排地设置，其中边缘的两个阴极组件向内进一步朝向基片移动，和/或被推动直到更接近临近的阴极组件，从而能够实现对静态大面积基片的均匀镀膜。而多个有益的具体实施例形成了从属权利要求的主题。
本发明第一次解决了能够为大面积镀膜区域提供均一厚度的均匀镀膜而不必大量消耗镀膜材料的问题。也就是说，本发明可在不移动基片的情况下对大面积基片进行静态地镀膜。令人惊讶的是，下列的情况被发现：即如果阴极组件带有带有可转动的、曲形的靶，特别是靶为圆柱形管状，多个阴极，特别是至少为3个、优选为4、5、6个或更多的阴极，可以彼此并排地设置，以产生一个大面积的镀膜区域，在该区域内通过使用在曲形靶表面溅射的专门的方法，能够实现均匀的镀膜，特别是均匀且厚度一致的镀膜，而不必大量消耗镀膜材料。这一优势主要归因于曲形的靶表面；根据优选实施例，通过构造阴极本身和将许多阴极彼此相对地组合，使所沉积的大面积镀膜的均匀度得到进一步改善，同时保持材料的低消耗；通过这种方式，可使积极的技术效果得到加强或提高。
对于阴极的结构，这里已经证明使用磁控管阴极是有利的，该磁控管阴极将磁场阵列陈列在靶后-在圆柱形靶的情况下，处于圆柱形管体的核心-从而在靶表面前形成并且稳定等离子。
该磁体组件优选的是可绕阴极的纵向轴线转动或回旋(即在圆柱管形的靶的情况下围绕圆柱的纵向轴)，这样，磁体或磁体组件能够被调整或被设置成朝向基片。通过以这一方式转动或旋转磁体或磁体组件，位于靶表面上的溅射区域交替地朝向基片的方向；在正确设置的情况下，这一布置可实现在基片上均匀镀膜沉积，既均匀厚度地镀膜。
特别是，根据优选的实施例，镀膜机可以被构造，以使得磁体或磁体组件在镀膜过程中在指定的位置持续振荡(即来回往复移动)，该方式同样可产生均匀的镀膜的沉积。
另外，磁体或磁体组件也可在磁体组件内旋转和移动，从而可改变磁场区域面积，以积极地影响镀膜沉积。在应用圆柱形管状靶的情况下，该磁体组件可以例如定位在一圆柱体管的片段中，该圆柱体管的片段沿着指向基片的25度的片段的阴极的纵向轴。为增大磁场面积，能够增大该片段，例如通过替换或围绕阴极的纵向轴向外旋转外部磁体，从而使磁体装配在例如35度的片段中。
在磁体或磁体组件在一个位置附近振荡或振动(摇摆)的情况下，还可以以不同的方法限定或设置磁体或磁体组件移动的速度，这样，在例如磁体或磁体组件在零位置附近来回移动的过程中，绝对速度根据位置而不同。例如，可以在换向点处选择低速，而在换向点之间选择高速。
根据有益的实施例，在临近靶端面的位置，在朝向远离镀膜区域的阴极的一侧对另外的磁体组件或磁体设置圆柱形管状靶或多个阴极是有利的，以使得等离子可在靶表面前的这一区域形成。这一方法可避免在靶上形成再沉积。
除了提供具有带有适合的磁体或磁体组件的可转动的曲形靶的阴极组件以积极地影响沉积过程外，还可以通过定位阴极组件，并且特别是通过将阴极组件定位在一个围绕镀膜区域的曲形表面上，以改进和加强在大面积镀膜区域上进行厚度一致的镀膜的均匀沉积，该阴极组件在镀膜区域中并排地设置以确保在到镀膜区域(也就是距离基片)的不同距离的单一的、一致的大面积镀膜区域。
在本文中，已经证明将该曲形表面设置成一圆柱形表面是有利的，这样，在对截面图进行观察时，阴极基本分布在环形的轨道上，优选的是彼此间等距离且它们的纵向的轴相互平行。
在另一个有益的实施例中，阴极组件可以是这样布置的：在阴极序列的边缘的两个阴极向内进一步朝向基片移动，和/或被推动直到更接近临近的阴极。这样设置可对镀膜的均匀沉积产生积极的影响，特别是对于镀膜区域的边缘区域。
该环形轨道的半径，即阴极所定位的圆柱形的侧面的半径，优选为比阴极和基片或镀膜区域之间的距离大很多，从而该阴极沿其定位的表面仅为轻微弯曲。
在带有位于环形轨道或圆柱形侧面的阴极的情况下，如果磁控管阴极的磁体或磁体组件径向地指向镀膜区域，也就是说，优选穿过全部阴极的磁体装置的中心垂直线指向阴极所定位的圆环或圆柱体的中心，则特别有利；仍然可以想到的是，磁体或磁体组件可在位置附近旋转或振动。
特别地，尽管镀膜机或阴极组件或阴极的结构容许大面积的静态镀膜(即不必移动基片)，但是对于由传送装置移动的基片当然也是可以的。在此实施例中大面积镀膜的优点也能够得到开发利用。
镀膜区域本身通常是平面的，但是它也可以是弯曲的。在后面的实施例中，只需要恰当调整阴极组件的位置，从而保持镀膜区域的位置和阴极位置之间的相对关系。
带有圆柱形管的靶的可转动的磁控管优选地安装在一端面的一端上，特别是安装在一个可移动的架上，从而方便将其插入和从镀膜室中将其拆除。
附图说明
在以下的详细描述中将更加清晰地阐明本发明的优点、特点和特征，下列附图为示意图，其中：
图1为示出了镀膜室中的阴极和基片的布置的剖视图；
图2为示出了镀膜厚度的曲线图，其中正态化镀膜厚度通过作为基片长度的函数被描述的。
具体实施方式
在图1的纯示意性的剖面图中，示出了基片的布置，即镀膜区域1和多个阴极2。
阴极2是所述的可转动磁控管阴极，其中圆筒形靶4可绕阴极的纵向轴转动。磁体组件的磁体3产生并稳定等离子5，该等离子5形成在紧邻靶表面的位置。在镀膜过程中，靶4持续稳定的转动使得镀膜材料被消耗，即被镀膜材料被均匀地溅射在靶的整个表面上。
为了获得在镀膜区域1内的基片上的最佳镀膜，该磁体组件被朝向基片设置，如角度范围6所示，磁体组件可在围绕阴极纵向轴的指定的角度范围内旋转，以保证靶表面的溅射区域最佳地对准基片。
作为将磁体组件3锚定在朝向基片的固定位置的备选方案，也可在镀膜的过程中来回移动磁体组件3，以改善在基片上镀膜厚度的均匀性。
为了防止再沉积，尤其是在磁控管阴极的末端部分，也就是说，在邻近圆柱形管状靶的端面的侧表面上于磁体组件3的对面设置一个第二磁体组件7或附加磁体组件7，从而通过在圆柱形磁控管阴极的末端部分产生等离子以阻止再沉积。
在每一个情况下，可转动的磁控管可通过末端区域被支撑在镀膜室的末端上。为了方便调换阴极，该可转动的磁控管优选地安装在一架体(carriage)上，该架体可从镀膜室中抽出，其中所述可旋转的磁控管在靶管的端面区域内被支撑元件支撑在一室壁的一端，其中所述支承元件同心地结合在所述靶管内。有利的是，这种悬臂状的磁控管不需要另外固定在对面的室壁上，尽管这一选择也是可行的。
图1同样清晰地示出，阴极2并未位于单一的平面内，而是以到镀膜区域1即基片的不同距离间隔设置。如图1所示的具体实施例，可移动的磁控管阴极2特别地设置在具有半径r的圆形轨道上，所述半径r比可移动的磁控管与基片之间的距离大很多。该半径已被箭头和r标出。最终的空间的布置是：圆柱形管状靶4(即可转动磁控管阴极)位于半径为r的圆柱形的侧表面，该可转动的磁控管阴极以恰当的角度指向图面，而基片(即镀膜区域1)是扁平和平面状的。这种空间布置的效果是：大面积的基片(例如基片的尺寸为1500 x 1800mm)能够被均匀地镀膜，而不必须移动基片(静态镀膜)。而且在移动基片时，如在连续运行的串联镀膜机的情况下，这一方法意味着可以将均匀厚度的镀膜应用在大面积的镀膜区域上。
相对于镀膜区域1的阴极的空间布置也可确保较高的沉积效率；因此，溅射所需的材料的用量被减少且阴极组件的数量也可以被最少化。
图2示出了根据图1所示的带有9个可转动的磁控管阴极的阴极组件在长度为1800mm的基片上的镀膜厚度分布图。在图2所示的曲线图中，正态化至1的镀膜厚度是相对于基片的长度而绘制的。可以看出，从最外围到中间，正态化的镀膜厚度基本上在0.95到1的范围内变化。

Claims (9)

1.一种用于镀膜的镀膜机，通过阴极溅射对大面积基片镀膜的镀膜机，其具有一镀膜室和设于镀膜室内的一阴极组件(2)，在该阴极组件(2)处待溅射的材料被定位在靶(4)上，该靶(4)在具有圆筒形表面，在靶(4)的内部设置有磁体(3)或磁体组件，并设有用于在镀膜过程期间使所述靶绕所述磁体或磁体组件连续转动的装置，其特征在于：在用于连贯镀膜区域的单一的镀膜室中，多于3个的带有多个可转动的、圆筒形的靶(4)的阴极组件(2)被并排地设置，其中边缘的两个阴极组件向内进一步朝向基片移动，和/或被推动直到更接近临近的阴极组件。
2.如权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：带有多个可转动的、圆筒形的靶(4)的多个阴极组件被支撑在一端面区域中的一端。
3.如权利要求1或2所述的镀膜机，其特征在于：该磁控管阴极具有多个磁体(3)或磁体组件；该磁体(3)或磁体组件可绕阴极的纵向轴转动或旋转。
4.如权利要求1或2所述的镀膜机，其特征在于：在边缘区域的所述多个磁体组件的磁体(3)可被旋转或移动，以增大磁场面积(6)。
5.如权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：多个阴极组件设置的方式为这些阴极组件彼此相隔地设置，且它们的纵向轴彼此平行，这些阴极组件被等间距地定位，只有外侧的阴极组件被布置得与其邻近的阴极更加靠近。
6.如权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：该阴极组件的磁体或磁体组件径向地朝向镀膜区域定位，该磁体或磁体组件以一指定的速度绕此位置旋转。
7.如权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：另外的磁体或磁体组件设置在所述阴极组件中并且设置在朝向远离镀膜区域的一侧；在镀膜过程中，该磁体或磁体组件通过产生等离子避免再沉积。
8.如权利要求7所述的镀膜机，其特征在于：另外的磁体或磁体组件设置在阴极组件的前表面的邻近位置。
9.如权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：在镀膜过程中，该基片被输送装置移动。
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