CN1005733B - 专用于沉积大面积薄膜的平面磁控溅射源 - Google Patents

Abstract

一种专用于沉积大面积薄膜的平面磁控溅射源，其磷场由条状静止的外磁组件和能作往复运动的内磁组件产生，能对静止的大面积工件表面均匀地镀复阳光控制膜、低辐射膜、镜面膜及导电膜。适用于镀复大面积的工件，如大型建筑玻璃、汽车护栅、露天字牌、大型平面镜等。是一种靶树利用率高、耗能小、膜层均匀度高、投资少效益高的新型溅射源。

Description

专用于沉积大面积薄膜的平面磁控溅射源

本发明涉及一种溅射镀复的专用设备，特别适用于镀复大面积工件，如大型平面镜、节能建筑玻璃、汽车护栅、露天字牌等。

镀复大面积工件，常用带有大型平面靶的普通溅射源，其靶材利用率较低，一般为30%以下，镀层均匀性差。为克服这些缺陷，1980年美国专利US4194962提供了一种改进方案，令大型工件对于大型平面靶作相对运动，其溅射源固定不动，为此设置一套搁置大型工件的移动架，溅射镀复时，该大型移动架带动大型工件作往复移动。该设计方案有助于提高镀层的均匀性，同时在一定程度上提高了靶材利用率，达到60%左右。该方案的缺陷在于：

1、必需在真空室内设置一套长度为大型工件3倍左右的移动架，结果造成溅射镀膜机体积庞大，结构复杂，造价甚高。

2、为使庞大的真空室和大型移动架大量放气的条件下达到足够的真空度，需要配置抽气速率相当可观的真空机组。

3、给移动的大型工件及其移动架烘烤增加困难。

4、能源消耗大。

美国专利US4379040提出了一种镀复装置与方法，采用平面靶溅射源对处于静止的大型工件作相对的往复运动，使较大面积的工件被镀上较为均匀的镀层。该方案的缺陷在于：在溅射镀复过程中，冷却液的进出管和电线必须跟随溅射源作大幅度的运动，由此给真空密封带来很大的麻烦，同时还会严重地影响放电的稳定性。

美国专利US4600492报导了一种用于刻蚀的磁体正逆向运动的装置，该装置主要由条状磁体、基板、导轨以及由计算机控制的驱动器组成。条状磁体相互平行，且间隔地布置在基板上，产生若干条相互平行的磁陷阱，驱动器可使基板沿导轨作正、逆向运动，在计算机控制下，这些磁陷阱能在基片上按设定的规律作正、逆向扫描运动，使基片上刻蚀均匀一致。该装置是用于刻蚀的，若用于溅射，则条状磁体边缘部份其刻蚀是不能均匀的，因为处在边缘的磁场是不连续的，二次电子极易逃逸，平面靶的边缘部份存在较大的死角，致使靶材利用率不可能很高。

本发明的任务在于提供一种体积小，能耗低，操作简便，专用于沉积大面积薄膜的平面磁控溅射源。

图面说明：

图1为本溅射源的横截面图。图中1-法兰，2-水冷套，3-加强筋，4a、4b-导轨，5a、5b-下极靴，9-水冷背板，10-密封环，11-阴极靶，12a、12b-下极靴，13a、13b-外磁钢，14a、14b-上极靴，15-屏蔽罩，16-密封环。

图2为图1的A-A剖面视图。图中7a、7b-磁钢，8a、8b-磁钢，17a、17b-空心导杆，18a、18b-密封组件，19-空心的T型连杆，20-出水管，其余标记与图1相同。

以下结合附图说明本发明的详细内容。

如图1和图2所示，本溅射源呈方形结构，固定在法兰1上。该溅射源包括一个水冷器，一个磁场源，一个阴极靶11，一个屏蔽罩15，一个兼作进水管的传动装置。方形的水冷套2通过螺钉固定在法兰1上，两者之间垫有绝缘体和密封环16。水冷套2的内底部布置若干个为防止水冷背板9变形而设置的纵向加强筋3和导轨4a、4b，前壁开有若干个用于布置空心导杆17及密封组件18的通孔，左右侧各设一个用于布置外磁件Ⅰa、Ⅰb的延伸部。

磁场源由两个互相平行的外磁组件Ⅰa、Ⅰb和多个一字形排列、垂直于外磁组件Ⅰa/Ⅰb、并能在外磁组件Ⅰa、Ⅰb之间沿平行于外磁组件Ⅰa/Ⅰb方向作往复运动的内磁组件组成。外磁组件Ⅰa/Ⅰb各含有一个下极靴12a/12b，外磁钢13a/13b，及上极靴14a/14b，三者依次叠加在水冷套2左右侧的延伸部上。一字形排列的各内磁组件被加强筋3隔开，每一个内磁组件Ⅱa/Ⅱb各含有一个布置在导轨4a/4b上的下极靴5a/5b，三个相互平行等间隔地布置在下极靴5a/5b上的磁钢6a、7a、8a/6b、7b、8b。磁钢7a、7b的极性相同且与其他的磁钢极性相反。内磁组件Ⅱa/Ⅱb上端及其四周与相邻的其他零件之间留有1～2mm的间隙。下极靴5a、5b的厚度与12a、12b的厚度相同，且布置在同一个水平面上。

每一个下极靴5a/5b的竖向和水平方向各开一个相互正交的深孔，其水平深孔和水冷套2前壁上相应的通孔同轴。空心导杆17a/17b分别穿过密封组件18a/18b和水冷套2上相应的通孔后，与下极靴5a/5b的水平深孔对接，端部与空心T型连杆19相接。密封组件18a/18b固定在水冷套2前壁上，以保证空心导杆17a/17b作往复运动时不漏水。

方形水冷套2的上端部设置一个密封环10，铜质的方形水冷背板9固定在水冷套2和加强筋3上，以防止水冷背板9弯曲变形，阴极靶11钎焊在水冷背板9上。

固定在法兰1上的屏蔽罩15和工作室为地电位，阴极靶11和水冷器对地电压约为-500V。

冷却水经空心T型连杆19、空心导杆17a/17b进入内磁组件Ⅱa/Ⅱb的空间，再由内磁组件Ⅱa/Ⅱb顶部溢出，经出水管20引至外部。

溅射镀复过程中，由于磁场源的磁场和溅射源电场正交的结果，内磁组件Ⅱa、Ⅱb所在的阴极靶11的上方产生一个等离子环，随着内磁组件Ⅱa、Ⅱb的往复运动，该等离子环亦在靶面上方作往复扫描运动，整个靶面均匀地受到离子的溅射刻蚀，静止布置在阴极靶11正上方的大面积工件，其表面则沉积一层厚度均匀的薄膜。

以常用的传动方式使内磁组件Ⅱa、Ⅱb作往复运动。

本发明的主要特征是溅射源的磁场由两个固定的长条状的外磁组件Ⅰa、Ⅰb和若干个能作往复运动的内磁组件产生。

本发明同已有的技术方案比较具有以下进步：

1、靶的表面（包括边缘）全部受到离子均匀刻蚀，靶材利用率高达85%以上，而已有技术为60%左右。

2、大型工件不作往复运动，可使溅射机体积缩小到已有溅射机的30%左右。

3、薄膜的均匀度不低于任何一种同领域的技术方案。

4、镀复同等大小的大型工件前提下，由于真空室体积大为缩小，又不存在移动架放气多和烘烤难等问题，达到同等真空度所需时间大为缩小，利于提高工作效率和采用抽速较小的抽气系统，能耗大幅度降低。

5、溅射机制造成本可降低30%以上。

实施例：

采用如图1和图2所示的磁控溅射源，阴极靶11为1.6m×2.1m的铟锡合金，该靶钎焊在水冷背板9上，被镀复的大型工件为1.5m×2.0m的平板玻璃，静止地放置在阴极靶11的正面，工件加热烘烤到350℃后，开始镀复氧化铟锡薄膜（透明导电膜），内磁组件Ⅱa、Ⅱb每分钟往复运动15次，溅射10分钟，膜层厚度0.8μ。

测试结果：整个平板玻璃表面的薄膜，其不均匀度为4%，靶材利用率为87%，靶面刻蚀均匀。

Claims (9)

1、一种专用于沉积大面积薄膜的平面磁控溅射源，包括水冷器、磁场源、阴极靶及屏蔽罩，其特征在于：

-水冷器由水冷套2及水冷背板构成，水冷器内设置有一个或多个加强筋3;

-磁场源包括两个相平行的外磁组件Ⅰa、Ⅰb及两个或多个内磁组件Ⅱa/Ⅱb，其中外磁组件设置于水冷器2的外侧，内磁组件设置于水冷器2的内部并被加强筋3所分隔;

-内磁组件呈一字排列，垂直于外磁组件并能沿平行于外磁组件Ⅰa/Ⅰb的方向作往复运动;

-阴极靶11设置于水冷背板9上，当内磁组件运动时靶板的各部份依次受到等离子环的扫描刻蚀。

2、根据权利要求1所述的溅射源，其特征在于所述的外磁组件Ⅰa/Ⅰb各含有一个下极靴12a/12b，外磁钢13a/13b，及上极靴14a/14b，它们依次叠加在水冷套2左右侧的延伸部上，且磁钢13a与13b的极性相同。

3、根据权利要求1所述的溅射源，其特征在于所述的内磁组件Ⅱa/Ⅱb各含有一个下极靴5a/5b，三个相互平行等间隔地布置在下极靴5a/5b上的磁钢6a、7a、8a/6b、7b、8b，磁钢7a、7b的极性与其他各磁钢的极性相反。

4、根据权利要求3所述的溅射源，其特征在于每一个内磁组件上端及其四周与相邻的其他零件之间留有1～2mm的间隙。

5、根据权利要求2和3所述的溅射源，其特征在于下极靴5a、5b、12a、12b的厚度相同，且布置在同一个水平面上。